JPH0812049B2 - Optical displacement measuring device - Google Patents

Optical displacement measuring device

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JPH0812049B2
JPH0812049B2 JP30981991A JP30981991A JPH0812049B2 JP H0812049 B2 JPH0812049 B2 JP H0812049B2 JP 30981991 A JP30981991 A JP 30981991A JP 30981991 A JP30981991 A JP 30981991A JP H0812049 B2 JPH0812049 B2 JP H0812049B2
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light
deflector
image
young
deflection
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祐二 小林
直久 向坂
成浩 吉田
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Hamamatsu Photonics KK
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は物体の相対的な変位量や
変位方向を光学的に測定するための光学的変位量測定装
置に係わる。ここで、物体の変位量とは物体の移動量の
みならず変形量をも含む。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical displacement amount measuring device for optically measuring a relative displacement amount and displacement direction of an object. Here, the displacement amount of the object includes not only the movement amount of the object but also the deformation amount.

【0002】[0002]

【従来の技術】物体の変位量や変位方向を光学的に測定
する手段の一つとして、スペックルパターンを利用した
いわゆるスペックル法がある。物体の粗面等にレーザ光
を照射するとこれが拡散反射し互いに干渉して斑点状の
模様を結像する。この模様をスペックルパターンとい
い、スペックルパターンを構成する個々の明るい斑点を
スペックルという。スペックルパターンは物体の粗面等
の形状に固有のものである。特開昭59−222709
号公報にこのスペックル法を利用した変形量検出装置の
開示がある。この装置では、測定物体の変形前後のスペ
ックルパターンを二重露光撮影し、得られるスペックル
写真にレーザ光を照射してヤング縞像を発生させる。こ
のヤング縞像を0度から180度まで段階的に回転さ
せ、その都度一次元撮像素子でその縞間隔データを採取
する。各回転角度において採取した縞間隔データを比較
演算し縞間隔データが最小となった際の回転角度を求め
る。この最小縞間隔データとその際の回転角度からヤン
グ縞像の方向と間隔を解析する。解析結果に基づいて、
スペックルパターンの移動量及び移動方向を求め測定物
体の変形量及び変形方向を演算している。
2. Description of the Related Art As one of means for optically measuring the displacement amount and displacement direction of an object, there is a so-called speckle method using a speckle pattern. When a rough surface of an object is irradiated with laser light, the laser light is diffusely reflected and interferes with each other to form a speckled pattern. This pattern is called a speckle pattern, and the individual bright spots that make up the speckle pattern are called speckles. The speckle pattern is unique to the shape of the rough surface of the object. JP-A-59-222709
The publication discloses a deformation amount detecting device using this speckle method. In this apparatus, the speckle pattern before and after the deformation of the measurement object is double-exposure photographed, and the speckle photograph obtained is irradiated with laser light to generate a Young fringe image. This Young fringe image is rotated stepwise from 0 to 180 degrees, and the fringe interval data is sampled by the one-dimensional image sensor each time. The fringe spacing data collected at each rotation angle is compared and calculated, and the rotation angle when the fringe spacing data becomes the minimum is obtained. From this minimum fringe spacing data and the rotation angle at that time, the direction and spacing of the Young fringe image are analyzed. Based on the analysis results,
The movement amount and movement direction of the speckle pattern are obtained, and the deformation amount and deformation direction of the measurement object are calculated.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】かかる従来の装置にお
いては、縞間隔データの採取のためにヤング縞像を少な
くとも180度回転する必要があり、このためデータ採
取に時間がかかるという問題があった。更に、縞間隔デ
ータを比較演算するのにも時間がかかり実時間測定性の
点において十分でないという問題もあった。
In such a conventional apparatus, it is necessary to rotate the Young fringe image by at least 180 degrees in order to collect the fringe interval data, which causes a problem that it takes time to collect the data. . Further, there is a problem that it takes time to compare and calculate the stripe interval data, which is not sufficient in terms of real-time measurable property.

【0004】また、ヤング縞像を回転させるための回転
駆動装置や回転制御装置が必要となり、検出装置全体が
大型化するという問題もあった。
There is also a problem that a rotation drive device and a rotation control device for rotating the Young's fringe image are required, and the whole detection device becomes large.

【0005】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的は測定対象の相対的な変位量や変位方
向を短時間で測定でき実時間測定性に優れ、しかも小型
の光学的変位量測定装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to measure a relative displacement amount and displacement direction of an object to be measured in a short period of time, which is excellent in real-time measurable property and is small in size. It is to provide a displacement amount measuring device.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の光学的変位量測定装置は、測定対象へ光を照射
するための光照射手段と、この照射光に基づく測定対象
からの反射光または透過光を受光して該測定対象の像を
所定の時間間隔で二重記録し該測定対象の相対的変位を
記録する記録手段と、該記録手段にコヒーレント光を照
射して記録した像を読みだすための読みだし用コヒーレ
ント光投光手段と、該読み出した像を少なくとも互いに
異なる二方向に偏向する偏向手段と、該読み出した像を
フーリエ変換するためのフーリエ変換手段と、該読みだ
した像の偏向による該フーリエ変換像の変化状態を検出
し該測定対象と該記録手段との間の相対的変位量を求め
るための検出手段とにより構成される。
In order to achieve the above object, an optical displacement amount measuring apparatus of the present invention comprises a light irradiating means for irradiating a measuring object with light, and a reflection from the measuring object based on the irradiation light. Recording means for receiving light or transmitted light to double-record the image of the measuring object at a predetermined time interval and recording the relative displacement of the measuring object; and an image recorded by irradiating the recording means with coherent light. Reading coherent light projecting means for reading, the deflecting means for deflecting the read image in at least two directions different from each other, the Fourier transforming means for Fourier transforming the read image, and the reading And a detection unit for detecting the change state of the Fourier transform image due to the deflection of the image and obtaining the relative displacement amount between the measurement target and the recording unit.

【0007】[0007]

【作用】上記構成を有する本発明の光学的変位量測定装
置は、装置に対して相対的に変位する測定対象に光照射
手段により光を照射し、測定対象からの透過光または反
射光を記録手段に受光させる。記録手段は測定対象の像
を所定の時間間隔をおいて二重記録し測定対象と該記録
手段(または該光学的変位量測定装置)との相対的変位
状態を記録する。この記録手段にコヒーレント光投光手
段からのコヒーレント光を照射して、記録手段に記録さ
れた該二重記録像を読み出す。偏向手段が該読みだした
二重記録像を少なくとも互いに異なる二方向に偏向す
る。また、フーリエ変換手段が該読みだした二重記録像
をフーリエ変換しフーリエ変換像を形成する。該フーリ
エ変換像は、該読みだした像の偏向により少なくとも互
いに異なる二方向に移動する。かかる該フーリエ変換像
の移動状態(変化状態)を検出手段により検出すること
により、測定対象の記録手段(または光学的変位量測定
装置)に対する相対的変位量を求める。
In the optical displacement measuring device of the present invention having the above-mentioned structure, the measuring object which is relatively displaced with respect to the device is irradiated with the light by the light irradiation means, and the transmitted light or the reflected light from the measuring object is recorded. Let the means receive light. The recording means double-records the image of the measurement object at a predetermined time interval and records the relative displacement state between the measurement object and the recording means (or the optical displacement amount measuring device). The recording means is irradiated with coherent light from the coherent light projecting means to read the double-recorded image recorded on the recording means. The deflecting means deflects the read double recording image in at least two directions different from each other. Further, the Fourier transform means performs Fourier transform on the read double recording image to form a Fourier transform image. The Fourier transform image moves in at least two different directions due to the deflection of the read image. By detecting the moving state (change state) of the Fourier transform image by the detecting unit, the relative displacement amount of the measurement target with respect to the recording unit (or the optical displacement amount measuring device) is obtained.

【0008】[0008]

【実施例】以下、本発明の第一実施例を図面を参照しな
がら説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0009】図1は、本発明の第一実施例に係る光学的
変位量測定装置1の概略構成を示す光学系統図である。
測定対象である測定物体19は搬送装置18により図1
の紙面に対して直角に延びる搬送面18aにそって二次
元的に搬送移動されている。He−Neレーザ装置2か
らのレーザ光の一部が音響光学偏向器(以下、「偏向
器」という)4により偏向されて測定物体19に所定時
間間隔をおいて二度照射されるように構成されている。
二度の照射光に基づく測定物体19の反射光がそれぞれ
結像レンズ5により強誘電性液晶空間光変調器(以下、
「光変調器」という)6の書き込み側光入射面上に結像
されて、測定物体19の移動前後の像(スペックルパタ
ーン)が光変調器6に二重記録される。レーザ装置2か
らのレーザ光の他の一部は読みだし光学系9を経て第一
の光変調器6の読みだし光入射面に入射され、光変調器
6に記録された像の読み出しを行う。読み出された像は
偏向光学系12により異なる二方向に偏向される。読み
出された像はまたフーリエ変換レンズ10によりフーリ
エ変換され、レンズ後焦点面上にフーリエ変換像を形成
する。フーリエ変換像は該読み出された像の偏向にした
がい変化する。その変化状態は該レンズ後焦点面上に設
けられたフォトダイオード13により検出される。演算
・制御装置14はこのフォトダイオード13の検出結果
に基づいてフーリエ変換像を解析し、測定物体19の該
所定時間間隔における移動量及び移動方向を演算する。
この演算結果及びフォトダイオード13の検出結果は演
算・制御装置14の表示面14A上にそれぞれ表示され
る。なお、演算・制御装置14は偏向器ドライバー15
を制御して偏向光学系12をフィードバック制御するこ
とにより、フォトダイオード13の検出結果を、フーリ
エ変換像解析に必要な所望の状態に調整する。
FIG. 1 is an optical system diagram showing a schematic configuration of an optical displacement measuring device 1 according to a first embodiment of the present invention.
The measurement object 19 to be measured is conveyed by the transport device 18 as shown in FIG.
The sheet is two-dimensionally conveyed and moved along a conveying surface 18a extending at a right angle to the paper surface of the sheet. A part of the laser light from the He-Ne laser device 2 is deflected by an acousto-optic deflector (hereinafter referred to as "deflector") 4 and is irradiated twice on a measurement object 19 at a predetermined time interval. Has been done.
The reflected light of the measurement object 19 based on the twice-irradiated light is respectively reflected by the imaging lens 5 to the ferroelectric liquid crystal spatial light modulator (hereinafter,
An image (speckle pattern) before and after the movement of the measurement object 19 is double-recorded on the light-incident surface of the writing side of the "light modulator" 6). The other part of the laser light from the laser device 2 passes through the reading optical system 9 and is incident on the reading light incident surface of the first light modulator 6, and the image recorded in the light modulator 6 is read. . The read image is deflected by the deflection optical system 12 in two different directions. The read image is also Fourier transformed by the Fourier transform lens 10 to form a Fourier transformed image on the focal plane after the lens. The Fourier transform image changes according to the deflection of the read image. The changed state is detected by the photodiode 13 provided on the focal plane after the lens. The calculation / control device 14 analyzes the Fourier transform image based on the detection result of the photodiode 13, and calculates the movement amount and the movement direction of the measurement object 19 in the predetermined time interval.
The calculation result and the detection result of the photodiode 13 are displayed on the display surface 14A of the calculation / control device 14, respectively. The arithmetic / control device 14 is a deflector driver 15
And the feedback control of the deflection optical system 12 is performed to adjust the detection result of the photodiode 13 to a desired state necessary for Fourier transform image analysis.

【0010】前記He−Neレーザ装置2は、コヒーレ
ント光であるレーザ光を出射するためのものであり、直
線偏光状態のレーザ光を出射する。He−Neレーザ装
置2から出射したレーザ光は、ハーフミラー3に入射す
る。ここで、レーザ光の一部は反射されて偏光器4に入
射し、残りは読みだし光学系9に導かれる。
The He-Ne laser device 2 is for emitting laser light which is coherent light, and emits laser light in a linearly polarized state. The laser light emitted from the He-Ne laser device 2 enters the half mirror 3. Here, a part of the laser light is reflected and enters the polarizer 4, and the rest is guided to the reading optical system 9.

【0011】前記音響光学偏向器4は、後述の音響光学
偏向器12X及び12Yと同様、超音波を伝搬させる媒
体を備え、入射光を回折して一次回折光を発生させる回
折格子として機能するものである。発生した一次回折光
の回折角は超音波の周波数の変化に応じて変わる性質を
有する。したがって該偏向器4は、ハーフミラー3で反
射され該偏向器4に入射した光の一次回折光を超音波周
波数の変調に応じて任意の方向に偏向させる。つまり、
該偏向器4は超音波周波数を変調させることにより一次
回折光を測定物体19上に選択的に照射させる光シャッ
タとして機能する。尚、偏向器4には偏向器コントロー
ラ17が接続されており、該偏向器コントローラ17が
測定物体19に一次回折光を照射させるタイミングを制
御する。
The acousto-optic deflector 4 is provided with a medium for propagating ultrasonic waves and functions as a diffraction grating for diffracting incident light to generate first-order diffracted light, like acousto-optic deflectors 12X and 12Y described later. Is. The diffraction angle of the generated first-order diffracted light has the property of changing according to the change of the frequency of the ultrasonic wave. Therefore, the deflector 4 deflects the first-order diffracted light reflected by the half mirror 3 and incident on the deflector 4 in an arbitrary direction according to the modulation of the ultrasonic frequency. That is,
The deflector 4 functions as an optical shutter that selectively irradiates the measurement object 19 with the first-order diffracted light by modulating the ultrasonic frequency. A deflector controller 17 is connected to the deflector 4, and the deflector controller 17 controls the timing of irradiating the measurement object 19 with the first-order diffracted light.

【0012】図2は前記強誘電性液晶空間光変調器6の
構成を示す断面図である。強誘電性液晶層(以下、「液
晶層」という)6Cが一対の配向層6Aと6Bの間に設
けられている。該配向層6Aの液晶層6Cと反対の側に
は、誘電体ミラー6Fとアモルファスシリコン層(以
下、「a−Si層」という)6Eと書き込み側透明電極
(以下、「電極」という)6Dとが設けられている。ま
た、該配向層6Bの液晶層6Cと反対の側には、読み出
し側透明電極(以下、「電極」という)6Gとガラス層
6Hと反射防止膜6Iとが設けられている。該液晶層6
CはカイラルスメクチックC(Sc *)液晶である。該a
−Si層6Eは光伝導体層であり、アドレス材料として
機能する。該書き込み側透明電極6Dは書き込み光入射
面6Swを、また該反射防止膜6Iは読み出し光入射面
6Srを規定する。該一対の電極6Dと6Gとの間には
後述するように書き込み用及び消去用の駆動電圧と補償
電圧がパルス状に印加される。図1に示すように、該光
変調器6には光変調器コントローラ16が接続されてお
り電極6Dと6Gとの間に印加する電圧を制御する。
FIG. 2 is a sectional view showing the structure of the ferroelectric liquid crystal spatial light modulator 6. A ferroelectric liquid crystal layer (hereinafter referred to as “liquid crystal layer”) 6C is provided between the pair of alignment layers 6A and 6B. On the side of the alignment layer 6A opposite to the liquid crystal layer 6C, a dielectric mirror 6F, an amorphous silicon layer (hereinafter referred to as "a-Si layer") 6E, and a writing side transparent electrode (hereinafter referred to as "electrode") 6D are provided. Is provided. Further, on the side of the alignment layer 6B opposite to the liquid crystal layer 6C, a read side transparent electrode (hereinafter referred to as "electrode") 6G, a glass layer 6H, and an antireflection film 6I are provided. The liquid crystal layer 6
C is a chiral smectic C (S c * ) liquid crystal. The a
The -Si layer 6E is a photoconductor layer and functions as an address material. The writing side transparent electrode 6D defines a writing light incident surface 6S w , and the antireflection film 6I defines a reading light incident surface 6S r . A driving voltage and a compensating voltage for writing and erasing are applied in pulses between the pair of electrodes 6D and 6G as described later. As shown in FIG. 1, an optical modulator controller 16 is connected to the optical modulator 6 to control the voltage applied between the electrodes 6D and 6G.

【0013】図1に示すように、該光変調器6はその書
き込み光入射面6Sw(すなわち該書き込み側透明電極
6D)が前記搬送装置18の搬送面18aに対して平行
になるように配置されている。また、発光ダイオード
(LED)7が該光変調器6の書き込み側入射面6Sw
の全面を照射するように設けられており、液晶層6Cに
既に記録されている像を消去するのに用いられる。
As shown in FIG. 1, the light modulator 6 is arranged so that the writing light incident surface 6S w (that is, the writing side transparent electrode 6D) is parallel to the carrying surface 18a of the carrying device 18. Has been done. Further, the light emitting diode (LED) 7 is a writing side incident surface 6S w of the optical modulator 6.
Of the liquid crystal layer 6C is used to erase the image already recorded on the liquid crystal layer 6C.

【0014】該カイラルスメクチックC(Sc *)液晶層
6Cは、分子の自発分極の方向が両電極6D及び6Gの
いずれかの方向に向いた状態で安定する二値安定特性を
有する。液晶層が二つの安定状態のうちの一つで安定し
ている場合において、該液晶層に自発分極の方向とは逆
向きで値が液晶層に特有のしきい値Es以上の電場がか
かると、自発分極が電場の方向に揃うよう反転し液晶分
子の配列状態が変化して他の一つの安定状態に入る。
The chiral smectic C (S c * ) liquid crystal layer 6C has a binary stability characteristic in which the spontaneous polarization of molecules is stable in a state in which either of the electrodes 6D and 6G is oriented. When the liquid crystal layer is stable in one of two stable states, an electric field having a value opposite to the direction of spontaneous polarization and having a value equal to or larger than the threshold value E s peculiar to the liquid crystal layer is applied to the liquid crystal layer. Then, the spontaneous polarization is inverted so as to be aligned with the direction of the electric field, and the alignment state of the liquid crystal molecules is changed to enter another stable state.

【0015】以下、光変調器6の書き込み動作について
説明する。液晶分子全体がその自発分極が一方の電極の
方向に向いた状態で安定している場合において、両電極
間に自発分極とは逆向きの電場を与えるような極性の書
き込み用直流駆動電圧を印加する。書き込みパターン光
が入射面6Swを経て光伝導体層たるa−Si層6Eに
入射すると、a−Si層6Eが光入射位置において低抵
抗となり、液晶層の対応する位置にしきい値電場Es
上の電場がかかる。その結果、光入射部分に対応した液
晶層の位置の分子の自発分極が電場の方向に反転し分子
の配列状態が変化して、書き込みパターンが液晶層6C
内に記録される。なお、この分子配列状態はその後電場
を切ってもそのまま保持されるため、書き込みパターン
が液晶層6C内に記録保持されることになる。
The write operation of the optical modulator 6 will be described below. When the entire liquid crystal molecule is stable with its spontaneous polarization in the direction of one of the electrodes, a DC drive voltage for writing is applied between both electrodes that gives an electric field in the opposite direction of the spontaneous polarization. To do. When the writing pattern light enters the a-Si layer 6E, which is a photoconductor layer, through the incident surface 6S w , the a-Si layer 6E has a low resistance at the light incident position, and the threshold electric field E s is generated at the corresponding position of the liquid crystal layer. The above electric field is applied. As a result, the spontaneous polarization of the molecules at the position of the liquid crystal layer corresponding to the light incident portion is inverted in the direction of the electric field, the arrangement state of the molecules is changed, and the writing pattern is changed to the liquid crystal layer 6C.
Will be recorded in. Since this molecular alignment state is retained as it is even after the electric field is cut off, the write pattern is recorded and retained in the liquid crystal layer 6C.

【0016】パターン書き込みが行われた光変調器6か
らのパターン読み出し動作は以下のように行う。液晶層
6C内ではパターン書き込み位置とそれ以外の位置とで
液晶分子の配列状態が異なっており、読み出し光に対す
る屈折率が異なっている。したがって、読み出し光が読
み出し光入射面6Srから入射して液晶層6C内を伝搬
すると、書き込みパターンに基づいた位相変調がなさ
れ、もって書き込みパターンの読み出しがなされる。
The pattern read operation from the optical modulator 6 on which pattern writing has been performed is performed as follows. In the liquid crystal layer 6C, the alignment state of the liquid crystal molecules is different between the pattern writing position and the other positions, and the refractive index for the reading light is different. Therefore, when the reading light enters from the reading light incident surface 6S r and propagates in the liquid crystal layer 6C, phase modulation based on the writing pattern is performed, and thus the writing pattern is read.

【0017】前記読み出し光学系9は、前記ハーフミラ
ー3を透過したレーザビームを前記光変調器6の読み出
し側に読み出し光として導くものである。該読み出し光
学系9では、ハーフミラー3を透過してきた光が変換光
学系8により一定のビーム径を有する平行光に変換され
る。該変換光学系8は一対のコリメータレンズ8A及び
8Cとその間に設けられたスペイシャルフィルター8B
とから構成されている。得られた平行光はミラー9Aで
反射され可変アパーチャ9Bでそのビーム径を所望の値
に変更させられる。この光ビームはシャッタ9Cにより
ハーフミラー9Dに選択的に照射される。ハーフミラー
9Dに照射された光ビームはその一部が反射されて光変
調器6の読み出し光入射面6Srに入射される。
The readout optical system 9 guides the laser beam transmitted through the half mirror 3 to the readout side of the optical modulator 6 as readout light. In the reading optical system 9, the light transmitted through the half mirror 3 is converted into parallel light having a constant beam diameter by the conversion optical system 8. The conversion optical system 8 includes a pair of collimator lenses 8A and 8C and a spatial filter 8B provided therebetween.
It consists of and. The obtained parallel light is reflected by the mirror 9A and its beam diameter can be changed to a desired value by the variable aperture 9B. This light beam is selectively applied to the half mirror 9D by the shutter 9C. A part of the light beam with which the half mirror 9D is irradiated is reflected and is incident on the read light incident surface 6S r of the light modulator 6.

【0018】前記光変調器6に入射した読み出し光は、
液晶層6C内で位相変調された後読み出し光入射面6S
rから出射する。該出射した読み出し光は前記ハーフミ
ラー9Dを透過して前記フーリエ変換レンズ10に到
る。該読みだし光は該フーリエ変換レンズ10通過後後
述の偏向光学系12に入射する。読みだし光はこの偏向
光学系12で偏向された後前記フーリエ変換レンズ10
の後焦点面(フーリエ変換面)に到達し、該後焦点面上
に読みだし光のフーリエ変換像を結像する。
The read light incident on the optical modulator 6 is
Read-out light incident surface 6S after being phase-modulated in the liquid crystal layer 6C
Emit from r . The emitted read-out light passes through the half mirror 9D and reaches the Fourier transform lens 10. The read light passes through the Fourier transform lens 10 and then enters a deflection optical system 12 described later. The read light is deflected by the deflection optical system 12 and then the Fourier transform lens 10
After reaching the rear focal plane (Fourier transform plane), a Fourier transform image of the read light is formed on the rear focal plane.

【0019】偏向光学系12は、一対の音響光学偏向器
12X及び12Yとその間に設けられた半波長板11と
からなる。音響光学偏向器12Xは図4Aに示すよう
に、超音波伝搬媒体として機能する結晶121の一端に
圧電振動子(トランスデューサ)122を、他端に超音
波吸収材123を備えたものである。図1に示す偏向器
ドライバー15が圧電振動子122に接続しておりこれ
を振動させ超音波を発生させる。超音波は結晶121内
を振動子122から吸収材123へ進行する。超音波伝
搬中の結晶121は入射面121aから入射した光を回
折して出射面121bから一次回折光のみを出射させる
回折格子として機能する。ここで、結晶121の屈折率
をn、超音波周波数(圧電振動子の振動数)をf,超音
波の伝搬速度をv,及び入射光の真空中での波長をλ0
とすると、一次回折光の回折角θは下記の数式1で与え
られる。
The deflection optical system 12 comprises a pair of acousto-optic deflectors 12X and 12Y and a half-wave plate 11 provided therebetween. As shown in FIG. 4A, the acousto-optic deflector 12X is provided with a piezoelectric vibrator (transducer) 122 at one end of a crystal 121 functioning as an ultrasonic propagation medium and an ultrasonic absorber 123 at the other end. The deflector driver 15 shown in FIG. 1 is connected to the piezoelectric vibrator 122 and vibrates it to generate ultrasonic waves. The ultrasonic waves travel inside the crystal 121 from the oscillator 122 to the absorber 123. The crystal 121 during ultrasonic wave propagation functions as a diffraction grating that diffracts the light incident from the incident surface 121a and emits only the first-order diffracted light from the emission surface 121b. Here, the refractive index of the crystal 121 is n, the ultrasonic frequency (frequency of the piezoelectric vibrator) is f, the propagation velocity of the ultrasonic wave is v, and the wavelength of the incident light in vacuum is λ 0.
Then, the diffraction angle θ of the first-order diffracted light is given by Equation 1 below.

【0020】[0020]

【数1】θ=fλ0/nv## EQU1 ## θ = fλ 0 / nv

【0021】また超音波周波数fを△f変化させると、
回折角(偏向角)θが△θ(=△fλ0/nv)だけ変
化する。したがって、偏向器ドライバー15が圧電振動
子122の振動数すなわち超音波周波数fを変化させる
ことにより、回折角θを変化させることができる。偏向
器12Xはこのように入射光を偏向角θで偏向する機能
を有すると共に、超音波周波数を変化させることにより
その偏向角θを変化させることができる。以上、偏向器
12Xについて説明したが、偏向器12Yも偏向器12
Xと同様の構成を有し同様の動作をおこなう。偏向器1
2Yもまた前記偏向器ドライバー15に接続されてい
る。
When the ultrasonic frequency f is changed by Δf,
The diffraction angle (deflection angle) θ changes by Δθ (= Δfλ 0 / nv). Therefore, the deflector driver 15 can change the diffraction angle θ by changing the frequency of the piezoelectric vibrator 122, that is, the ultrasonic frequency f. The deflector 12X has a function of deflecting the incident light at the deflection angle θ as described above, and the deflection angle θ can be changed by changing the ultrasonic frequency. Although the deflector 12X has been described above, the deflector 12Y also includes the deflector 12X.
It has the same configuration as X and performs the same operation. Deflector 1
2Y is also connected to the deflector driver 15.

【0022】図1に示すように、偏向器12Xと12Y
とは、変換レンズ10からの光がまず偏向器12Xに入
射しその一次回折光が偏向器12Yに入射しうるよう配
置されている。たとえば、レンズ10の光軸が偏向器1
2Xと12Yの両方の入射面121aを貫くように配置
する。ここで図4Aに示すように、偏向器12Xの圧電
振動子121の振動方向、すなわち発生する超音波の進
行方向に平行に偏向器12Xの軸(以下、「X軸」とい
う)をとる。入射光の回折(すなわち偏向)は、図4B
に示すように、偏向器12XのX軸を含みかつ入射光の
進行方向をも含む平面(以下、「偏向面SX」という)
にそっておこなわれる。偏向器12Xの超音波周波数を
Xとすると偏向角θXは下記の数式2で与えられる。同
様に、偏向器12Yの超音波の進行方向に偏向器12Y
の軸(以下、「Y軸」という)をとる。図4Bに示すよ
うに、偏向器12Xからの一次回折光は偏向器12Yに
入射すると、この一次回折光の進行方向を含みかつY軸
をも含む平面(以下、「偏向面SY」という)にそって
偏向される。偏向器12Yの超音波周波数をfYとする
と偏向角θYは数式3で与えられる。(なお偏向器12
X及び12Yの超音波伝搬媒体121は共に同一の屈折
率nであり、超音波は同一の速度vで伝搬する。)した
がって図4Bに示すように、変換レンズ10からの光は
まず偏向器12Xにより偏向面SX上を偏向角θXで偏向
された後、偏向器12Yにより偏向面SY上を偏向角θY
で偏向される。
As shown in FIG. 1, deflectors 12X and 12Y are provided.
Is arranged so that the light from the conversion lens 10 can first enter the deflector 12X and the first-order diffracted light can enter the deflector 12Y. For example, the optical axis of the lens 10 is the deflector 1
It is arranged so as to penetrate both the incident surfaces 121a of 2X and 12Y. Here, as shown in FIG. 4A, the axis of the deflector 12X (hereinafter, referred to as "X axis") is set parallel to the vibration direction of the piezoelectric vibrator 121 of the deflector 12X, that is, the traveling direction of the generated ultrasonic waves. Diffraction (or deflection) of incident light is shown in FIG.
As shown in, a plane including the X axis of the deflector 12X and also including the traveling direction of the incident light (hereinafter, referred to as “deflection surface S X ”).
It is done according to. When the ultrasonic frequency of the deflector 12X is f X , the deflection angle θ X is given by the following formula 2. Similarly, the deflector 12Y is moved in the traveling direction of the ultrasonic wave of the deflector 12Y.
Axis (hereinafter referred to as "Y-axis"). As shown in FIG. 4B, when the first-order diffracted light from the deflector 12X is incident on the deflector 12Y, a plane including the traveling direction of the first-order diffracted light and also including the Y-axis (hereinafter, referred to as “deflection surface S Y ”). Deflected along. When the ultrasonic frequency of the deflector 12Y is f Y , the deflection angle θ Y is given by Equation 3. (Note that the deflector 12
The X and 12Y ultrasonic wave propagation media 121 both have the same refractive index n, and the ultrasonic waves propagate at the same velocity v. Therefore, as shown in FIG. 4B, the light from the conversion lens 10 is first deflected by the deflector 12X on the deflection surface S X at a deflection angle θ X , and then by the deflector 12Y on the deflection surface S Y. Y
Is biased at.

【0023】[0023]

【数2】θX=fXλ0/nv## EQU2 ## θ X = f X λ 0 / nv

【0024】[0024]

【数3】θY=fYλ0/nv(3) θ Y = f Y λ 0 / nv

【0025】偏向器12Xの超音波周波数fXを一定の
割合dfX/dtで変化させる(すなわち、一定の掃引
速度で掃引する)場合には、偏向角θXが一定の割合d
θX/dtで変化することになる。ここで該一定の割合
dθX/dtは下記の数式4で与えられる。したがっ
て、変換レンズ10からの光が偏向面SX上を徐々に移
動することになる。また、偏向器12Yの超音波周波数
Yを一定の掃引速度dfY/dtで掃引する場合には、
偏向角θYが一定の割合dθY/dtで変化する。ここで
該一定の割合dθY/dtは下記の数式5で与えられ
る。したがって、偏向器12Yからの光が偏向面SY
を徐々に移動することになる。
When the ultrasonic frequency f X of the deflector 12X is changed at a constant rate df X / dt (that is, sweeping is performed at a constant sweep speed), the deflection angle θ X is constant at a rate d.
It changes with θ X / dt. Here, the constant ratio dθ X / dt is given by Equation 4 below. Therefore, the light from the conversion lens 10 gradually moves on the deflection surface S X. When the ultrasonic frequency f Y of the deflector 12Y is swept at a constant sweep speed df Y / dt,
The deflection angle θ Y changes at a constant rate dθ Y / dt. Here, the constant ratio dθ Y / dt is given by Equation 5 below. Therefore, the light from the deflector 12Y gradually moves on the deflection surface S Y.

【0026】[0026]

【数4】dθX/dt=(dfX/dt)・λ0/nv## EQU4 ## dθ X / dt = (df X / dt) λ 0 / nv

【0027】[0027]

【数5】dθY/dt=(dfY/dt)・λ0/nv[Number 5] dθ Y / dt = (df Y / dt) · λ 0 / nv

【0028】偏向器12Xと12Yとは、図1及び図4
Cに示すようにそのX軸とY軸とが互いに90度の角度
をなすように配置されている。たとえば図1に示すよう
に、X軸は図1の紙面にそう方向に、Y軸は図1の紙面
に対して直角に延びる方向に延びている。このようにX
軸とY軸とが互いに90度の角度をなすように配置され
ているため、偏向面SXと偏向面SYも図4Bに示すよう
に互いに90度の角度をなしている。変換レンズ10か
らの光はまず偏向面SX上にそって角度θXだけ偏向され
た後、偏向面SXと90度をなす偏向面SYにそって角度
θYだけ偏向される。したがって、変換レンズ10から
の光は、一対の偏向器12X及び12YによりX軸方向
に角度θXY軸方向に角度θYと、二つの互いに異なる方
向に偏向される。
The deflectors 12X and 12Y are shown in FIGS.
As shown in C, the X axis and the Y axis are arranged so as to form an angle of 90 degrees with each other. For example, as shown in FIG. 1, the X axis extends in the direction of FIG. 1 and the Y axis extends in the direction perpendicular to the plane of FIG. X like this
Since the axis and the Y-axis are arranged so as to form an angle of 90 degrees with each other, the deflection surface S X and the deflection surface S Y also form an angle of 90 degrees with each other as shown in FIG. 4B. The light from the transform lens 10 is deflected by an angle theta X is first along a deflecting surface S X, is deflected by an angle theta Y along the deflection surface S Y forming a deflection surface S X 90 °. Therefore, the light from the conversion lens 10 is deflected by the pair of deflectors 12X and 12Y in two different directions, that is, the angle θ X in the X axis direction and the angle θ Y in the Y axis direction.

【0029】ところで、偏向器の偏向特性は入射する光
の偏光状態(偏光方向)によって異なる。偏光器12X
と12Yとは上述のようにその軸方向が90度をなすよ
うに配置されている。偏光状態が同一の光が両偏向器に
入射すると、その光の両偏向器に対する偏光状態が互い
に異なることになるため、その光の両偏向面SX及びSY
にそった偏向の特性が互いに異なってしまう。そこで、
本発明においては、両偏向器12X及び12Yの間に半
波長板(λ/2板)11を設けている。半波長板11は
偏向器12Xから出射した一次回折光をその偏光方向を
90度回転させ、その後に偏向器12Yに入射させる機
能を果たす。半波長板11はこうして偏向器12Xに対
する光の偏光状態と偏光器12Yに対する光の偏光状態
とを一致させる。この結果、変換レンズ10からの光は
一対の偏光器12Xと12Yにより二つの互いに異なる
方向(X軸方向及びY軸方向)へそれぞれ同一の偏向特
性で偏向される。
The deflection characteristics of the deflector differ depending on the polarization state (polarization direction) of incident light. Polarizer 12X
And 12Y are arranged so that their axial directions form 90 degrees as described above. When light with the same polarization state enters both deflectors, the polarization states of the light with respect to both deflectors will differ from each other, so that both polarization planes S X and S Y of that light will change.
The characteristics of the deflection along with each other are different from each other. Therefore,
In the present invention, a half-wave plate (λ / 2 plate) 11 is provided between the deflectors 12X and 12Y. The half-wave plate 11 has a function of rotating the polarization direction of the first-order diffracted light emitted from the deflector 12X by 90 degrees and thereafter making it enter the deflector 12Y. The half-wave plate 11 thus matches the polarization state of light with respect to the deflector 12X and the polarization state of light with respect to the polarizer 12Y. As a result, the light from the conversion lens 10 is deflected by the pair of polarizers 12X and 12Y in two mutually different directions (X-axis direction and Y-axis direction) with the same deflection characteristics.

【0030】図1及び図4Cに示すように、偏向器12
Yの後側であって変換レンズ10の後焦点面上にはフォ
トダイオード13が設けられている。詳しくは、フォト
ダイオード13の受光面13aが変換レンズ10の後焦
点面上であってかつ偏向器12Yからの一次回折光が入
射可能な位置に配置されている。すなわち、フォトダイ
オード13は図4C及び4Dに示すように、その受光面
13aが偏向器12Xの出射面121bと偏向器12Y
の出射面121bとが重なりあう範囲を臨むように配置
されている。たとえば図4Cに示すように、偏向器12
Xと12Yとをレンズ10の光軸がその両入射面121
aを貫くように配置した場合、フォトダイオード13も
レンズ10の光軸上に配置すればよい。該フォトダイオ
ード13は、偏向器12Yから出射した一次回折光のう
ちフォトダイオード受光面位置に到達した分の光強度を
電気信号に変換する機能を有する。ところで、変換レン
ズ10の後焦点面(フーリエ変換面)には、光変調器6
からの読みだし光であって偏向光学系12により偏向さ
れたもののフーリエ変換像が結像される。また、フォト
ダイオード13の受光面13aは上述のように該レンズ
10の後焦点面上の特定の一点の位置に配置されてい
る。したがってフォトダイオード13は、フーリエ変換
像の該特定の一点位置における状態(光強度)を検出す
ることになる。
As shown in FIGS. 1 and 4C, the deflector 12
A photodiode 13 is provided on the rear focal plane of the conversion lens 10 on the rear side of Y. Specifically, the light-receiving surface 13a of the photodiode 13 is arranged on the rear focal plane of the conversion lens 10 and at a position where the first-order diffracted light from the deflector 12Y can enter. That is, as shown in FIGS. 4C and 4D, the photodiode 13 has a light-receiving surface 13a which is the exit surface 121b of the deflector 12X and the deflector 12Y.
Is arranged so as to face a range in which the light emitting surface 121b and the light emitting surface 121b overlap. For example, as shown in FIG. 4C, the deflector 12
The optical axes of the lens 10 and X and 12Y are the incident surfaces 121 on both sides.
When it is arranged so as to pass through a, the photodiode 13 may also be arranged on the optical axis of the lens 10. The photodiode 13 has a function of converting the light intensity of the first-order diffracted light emitted from the deflector 12Y that reaches the photodiode light receiving surface position into an electric signal. By the way, on the rear focal plane (Fourier transform plane) of the transform lens 10, the optical modulator 6
A Fourier-transformed image of the light read from the and which is deflected by the deflection optical system 12 is formed. The light receiving surface 13a of the photodiode 13 is arranged at a specific point on the back focal plane of the lens 10 as described above. Therefore, the photodiode 13 detects the state (light intensity) at the specific one point position of the Fourier transform image.

【0031】フォトダイオード13はフーリエ変換像の
該特定の一点位置における光強度を電気信号に変換する
とこれを図1に示す演算・制御装置14に出力する。演
算・制御装置14はフォトダイオード13からの電気信
号(すなわち、フーリエ変換像の一点位置における光強
度)の時間的変化を検出する。演算・制御装置14は検
出結果たるフォトダイオード13の電気信号の時間的変
化状態をその表示面14A上に表示する。演算・制御装
置14はまた、該検出結果に基づいて偏向器ドライバー
15を制御し偏向器12X及び12Yの超音波周波数f
X及びfYを調整して所望の検出結果を得られるようにす
る。すなわちフォトダイオード13からの電気信号が所
望の時間的変化状態になるようにする。演算・制御装置
14は、かかる制御の結果得られた該所望の検出結果と
偏向器ドライバー15の制御内容を基に測定物体19の
移動量、移動方向及び必要な場合には移動速度を演算
し、演算結果を表示面14A上に表示する。
The photodiode 13 converts the light intensity at the specific one point position of the Fourier transform image into an electric signal and outputs the electric signal to the arithmetic and control unit 14 shown in FIG. The arithmetic / control device 14 detects a temporal change of the electric signal from the photodiode 13 (that is, the light intensity at one point position of the Fourier transform image). The arithmetic / control device 14 displays the temporal change state of the electric signal of the photodiode 13 as the detection result on the display surface 14A. The arithmetic / control device 14 also controls the deflector driver 15 based on the detection result to control the ultrasonic frequency f of the deflectors 12X and 12Y.
Adjust X and f Y to obtain the desired detection result. That is, the electric signal from the photodiode 13 is set to a desired temporal change state. The calculation / control device 14 calculates the moving amount, moving direction, and moving speed of the measuring object 19 based on the desired detection result obtained as a result of such control and the control content of the deflector driver 15. , The calculation result is displayed on the display surface 14A.

【0032】次に上記実施例に係る光学的変位量測定装
置1の動作について説明する。
Next, the operation of the optical displacement measuring device 1 according to the above embodiment will be described.

【0033】図3に示すように、消去用発光ダイオード
7の光を光変調器6の光入射面6Sw全面に照射しつ
つ、消去用直流駆動電圧Veを該光変調器6の電極6D
と6Gとの間に印加する。すると、液晶層6Cにかかる
消去用電場Eeが前記しきい値電場Es以上となって、液
晶層分子全体の自発分極が電場Eeの方向に向いて一様
に配列する。この結果、すでに記録されていた像が消去
される。なお、液晶の劣化を防止するため、消去用駆動
電圧Ve印加前にその印加時間と同一の時間だけ消去用
電圧とは逆極性の直流補償電圧Vecを印加する。
As shown in FIG. 3, while the light of the erasing light emitting diode 7 is applied to the entire light incident surface 6S w of the optical modulator 6, the erasing DC drive voltage V e is applied to the electrode 6D of the optical modulator 6.
And 6G. Then, the erasing electric field E e applied to the liquid crystal layer 6C becomes equal to or higher than the threshold electric field E s, and the spontaneous polarization of the entire liquid crystal layer molecules is uniformly arranged in the direction of the electric field E e . As a result, the already recorded image is erased. In order to prevent deterioration of the liquid crystal, a DC compensation voltage V ec having a polarity opposite to that of the erasing voltage is applied for the same period of time before the erasing driving voltage V e is applied.

【0034】He−Neレーザ装置2から出射したレー
ザビームのうちハーフミラー3で反射されたものが偏向
器4に入射する。偏向器4は偏向器コントローラ17の
制御に基づき、ある時刻tに所望のスポット径を有する
一次回折光を一定の偏向方向に偏向して測定物体19の
表面に照射する。該照射された光は測定物体19の表面
で反射されて結像レンズ5に到る。該結像レンズ5は該
反射光を光変調器6の書き込み光入射面6Sw上に結像
しそこにスペックルパターンを結像させる。
Of the laser beam emitted from the He-Ne laser device 2, the laser beam reflected by the half mirror 3 enters the deflector 4. Under the control of the deflector controller 17, the deflector 4 deflects the first-order diffracted light having a desired spot diameter at a certain time t in a constant deflection direction and irradiates the surface of the measurement object 19. The irradiated light is reflected by the surface of the measurement object 19 and reaches the imaging lens 5. The image forming lens 5 forms an image of the reflected light on the writing light incident surface 6S w of the light modulator 6 and forms a speckle pattern there.

【0035】図3に示すように、該スペックルパターン
が光変調器6へ入射された時刻すなわち時刻tには、電
極6Dと6Gとの間には書き込み用直流駆動電圧Vw
印加されている。この書き込み用直流駆動電圧Vwは前
記消去用駆動電圧Veとは逆の極性を有する。液晶層6
C内では、明るい斑点状のスペックルが入射した位置に
対応した位置の電場Ewのみがしきい値電場Es以上とな
り、その位置の分子の自発分極が書き込み用電場Ew
揃う方向に反転する。この結果、スペックル位置の液晶
分子の配列状態が変化し、その変化後の状態が記録され
る。このようにして、液晶層6Cに測定物体19の時刻
tにおけるスペックルパターン像(スペックルパターン
1)が記録保持される。なお、液晶の劣化を防止するた
め、書き込み用駆動電圧Vw印加前には、その印加時間
と同一時間だけ駆動電圧Vwとは逆極性の補償電圧Vwc
を印加する。
As shown in FIG. 3, at the time when the speckle pattern is incident on the optical modulator 6, that is, at time t, the writing DC drive voltage V w is applied between the electrodes 6D and 6G. There is. The write DC drive voltage V w has a polarity opposite to that of the erase drive voltage V e . Liquid crystal layer 6
In C, only the electric field E w at the position corresponding to the position where the bright speckled speckles are incident becomes the threshold electric field E s or more, and the spontaneous polarization of the molecules at that position is aligned with the writing electric field E w. Invert. As a result, the alignment state of the liquid crystal molecules at the speckle position changes, and the changed state is recorded. In this way, the speckle pattern image (speckle pattern 1) of the measurement object 19 at time t is recorded and held on the liquid crystal layer 6C. In order to prevent deterioration of the liquid crystal, a compensation voltage V wc having a polarity opposite to that of the drive voltage V w for the same time as the application time before the write drive voltage V w is applied.
Is applied.

【0036】本実施例で用いる強誘電性液晶空間光変調
器6は既述のように液晶分子配列の安定状態が二つある
二値記録素子であるため、明暗パターンであるスペック
ルパターンを記録するのに非常に適している。また、強
誘電性液晶の書き込み速度はμsecオーダと極めて速
いため、実時間測定性の点からも優れている。
Since the ferroelectric liquid crystal spatial light modulator 6 used in this embodiment is a binary recording element having two stable states of liquid crystal molecule alignment as described above, it records a speckle pattern which is a light-dark pattern. Very suitable to do. Further, since the writing speed of the ferroelectric liquid crystal is extremely fast on the order of μsec, it is also excellent in terms of real-time measurable property.

【0037】偏向器4は図3に示すように、時刻tより
Δt経過した後に再び光を測定物体19に照射する。つ
まり、時刻t+Δtにおいて偏向器4は一次回折光を時
刻tにおける偏向方向と同一の方向に偏向して測定物体
19に照射させる。この照射により得られるスペックル
パターン(スペックルパターン2)を書き込み駆動電圧
wが印加されたままの光変調器6に照射し記録させ
る。光変調器6の液晶層6Cは既述のように記録した情
報を保持する機能があるため、スペックルパターン1と
2とが液晶層6Cに二重記録されることになる。
As shown in FIG. 3, the deflector 4 irradiates the measuring object 19 again with light after Δt has elapsed from time t. That is, at time t + Δt, the deflector 4 deflects the first-order diffracted light in the same direction as the deflection direction at time t and irradiates the measurement object 19 with the deflected light. The speckle pattern (speckle pattern 2) obtained by this irradiation is applied to the optical modulator 6 to which the writing drive voltage Vw is still applied and recorded. Since the liquid crystal layer 6C of the light modulator 6 has a function of holding the recorded information as described above, the speckle patterns 1 and 2 are double-recorded in the liquid crystal layer 6C.

【0038】測定物体19が時刻tからΔtたつまでの
間にΔSだけ移動したとすると、光変調器6には時刻t
からΔt秒たつ間に移動した測定物体19の移動前後の
スペックルパターンが二重記録される。スペックルパタ
ーンは測定物体19の形状等に固有のものであるため、
スペックルパターン1と2とは同一のスペックル分布を
有する。したがって液晶層6Cには、同一のスペックル
パターンが測定物体19の移動方向と平行な方向に互い
に一定の間隔ΔNだけずれて記録されることになる。な
お、このずれ量ΔNと測定物体19の移動量ΔSとは以
下の数式6の関係にある。
Assuming that the measurement object 19 has moved by ΔS between time t and Δt, the optical modulator 6 will receive time t.
The speckle patterns before and after the movement of the measuring object 19 that has moved within Δt seconds are recorded in double. Since the speckle pattern is unique to the shape of the measurement object 19, etc.,
The speckle patterns 1 and 2 have the same speckle distribution. Therefore, the same speckle pattern is recorded on the liquid crystal layer 6C in a direction parallel to the moving direction of the measurement object 19 with a constant gap ΔN. It should be noted that the shift amount ΔN and the movement amount ΔS of the measurement object 19 have the relationship of the following mathematical expression 6.

【0039】[0039]

【数6】ΔN=M・ΔS[Equation 6] ΔN = M · ΔS

【0040】該数式6で、Mは結像レンズ5等の結像系
で決まる比例定数である。
In Equation 6, M is a proportional constant determined by the image forming system such as the image forming lens 5.

【0041】光変調器6の液晶層6Cに以上のようにし
て記録された二重スペックルパターンは、以下のように
読み出され光学的に処理されることにより、測定物体1
9の移動量ΔS、移動方向及び必要な場合は移動速度V
=ΔS/Δtが求められる。
The double speckle pattern recorded in the liquid crystal layer 6C of the light modulator 6 as described above is read out and optically processed as described below, so that the measured object 1
9 movement amount ΔS, movement direction, and movement speed V if necessary
= ΔS / Δt is obtained.

【0042】レーザ装置2から出射したレーザ光のうち
ハーフミラー3を透過しミラー9Aで反射された光が、
読み出し光学系9に導かれて光変調器6の読み出し光と
して用いられる。なお、読み出し光のビーム径は可変ア
パーチャ9Bにより所望のビーム径とされる。シャッタ
9Cが図3に示すタイミングで開かれることにより、読
みだし光が光変調器6に導かれる。読み出し光は光変調
器6の読み出し光入射面6Srより入射して液晶層6C
内を伝搬し、誘電体ミラー6Fで反射して再び液晶層6
C内を伝搬した後読み出し光入射面6Srより出射す
る。読み出し光は液晶層6C内を伝搬する際にスペック
ルパターン1及び2により位相変調を受け回折される。
該読みだし光はコヒーレント光であるため、スペックル
パターン1及び2の相対応するスペックルにより生じた
回折光が互いに干渉し明暗の干渉パターンを形成する。
この干渉パターンは各スペックルパターン1及び2の相
対応するスペックルの距離すなわちスペックルパターン
のずれ量ΔNに対応している。したがって、かかる干渉
パターンの光変調器6からの出射により二重スペックル
パターンの読み出しが行われる。
Of the laser light emitted from the laser device 2, the light transmitted through the half mirror 3 and reflected by the mirror 9A is
The light is guided to the reading optical system 9 and used as the reading light of the optical modulator 6. The beam diameter of the reading light is set to a desired beam diameter by the variable aperture 9B. The reading light is guided to the optical modulator 6 by opening the shutter 9C at the timing shown in FIG. The read light is incident on the read light incident surface 6S r of the optical modulator 6 and enters the liquid crystal layer 6C.
The liquid crystal layer 6 propagates inside and is reflected by the dielectric mirror 6F.
After propagating in C, the light is emitted from the read light incident surface 6S r . The read light is phase-modulated and diffracted by the speckle patterns 1 and 2 when propagating in the liquid crystal layer 6C.
Since the read-out light is coherent light, diffracted lights generated by the corresponding speckles of the speckle patterns 1 and 2 interfere with each other to form a bright and dark interference pattern.
This interference pattern corresponds to the distance of the speckles corresponding to each of the speckle patterns 1 and 2, that is, the shift amount ΔN of the speckle pattern. Therefore, the double speckle pattern is read by emitting the interference pattern from the optical modulator 6.

【0043】読み出された二重スペックルによる干渉パ
ターン光は、フーリエ変換レンズ10によってレンズ後
焦点面上に結像される。すなわち、後焦点面上にフラウ
ンホーファ回折像としての干渉縞(以下、「ヤング縞」
と称する)が結像される。換言すれば、二重スペックル
パターンが空間周波数領域へフーリエ変換されてフーリ
エ変換面上にヤング縞が形成される。このヤング縞の並
んだ方向(縞に垂直な方向)は、スペックルパターン1
及び2のずれ方向(測定物体19の移動方向)と平行で
あり、ヤング縞間隔(ヤング縞に垂直な方向におけるヤ
ング縞明線間距離)ΔLはスペックルパターンのズレ量
ΔNと以下の数式7の関係にある。
The read interference pattern light due to the double speckle is imaged on the focal plane after the lens by the Fourier transform lens 10. That is, interference fringes (hereinafter referred to as “Young fringes”) as a Fraunhofer diffraction image on the back focal plane.
Image). In other words, the double speckle pattern is Fourier transformed into the spatial frequency domain to form Young fringes on the Fourier transform plane. The direction in which these Young stripes are arranged (the direction perpendicular to the stripes) is the speckle pattern 1
And the deviation direction of 2 (the moving direction of the measurement object 19), and the Young fringe interval (the distance between the bright lines of the Young fringes in the direction perpendicular to the Young fringes) ΔL is the deviation amount ΔN of the speckle pattern and the following Equation 7 Have a relationship.

【0044】[0044]

【数7】ΔN=λ0・ι/ΔL[Formula 7] ΔN = λ 0 · ι / ΔL

【0045】該数式7で、λ0は読みだし光(He−N
eレーザ装置2からのレーザ光)の空気中の波長、ιは
変換レンズ10の焦点距離である。したがって、ヤング
縞の方向及び間隔ΔLを求めれば、上記の数式6及び7
より測定物体の移動方向及び移動量ΔSが求められる。
In Equation 7, λ 0 is the read light (He-N
e is the wavelength of the laser light from the laser device 2 in the air, and ι is the focal length of the conversion lens 10. Therefore, if the direction of Young fringes and the interval ΔL are obtained, the above equations 6 and 7 can be obtained.
The moving direction and the moving amount ΔS of the measurement object are obtained from the above.

【0046】一方、レンズ10の後焦点面に到る前の領
域には、光変調器6からの干渉パターン光によるフレネ
ル回折像としての明暗の干渉縞が形成される。つまり、
このフレネル回折像が、レンズ10の後焦点面に達する
ことにより該面上に前記フラウンホーファ回折像として
の前記ヤング縞を結像するのである。偏向器12X及び
12Yがレンズ10とその後焦点面との間に配置されて
いるため、該フレネル回折像はこれら偏向器に入射す
る。すなわち、フレネル回折像はまず偏向器12Xに入
射し前記偏向面SXにそってX軸方向に偏向される。こ
こで、偏向器12Xの超音波周波数fXを一定の掃引速
度で掃引すると、該フレネル回折像はX軸方向にそって
徐々に偏向されていく。偏向器12Xで偏向を受けたフ
レネル回折像は、次に前記偏向器12Yに入射し偏向面
YにそってY軸方向に偏向される。ここで、偏向器1
2Yの超音波周波数fYを一定の掃引速度で掃引する
と、該フレネル回折像はY軸方向にそって徐々に偏向さ
R>れていく。フレネル回折像がこのようにX軸及びY軸
方向にそって徐々に偏向される結果、該フレネル回折像
が結像して形成するヤング縞が、レンズ後焦点面上を前
記X軸及びY軸方向に平行な方向に徐々に移動していく
ことになる。
On the other hand, in the area before reaching the back focal plane of the lens 10, bright and dark interference fringes are formed as a Fresnel diffraction image by the interference pattern light from the optical modulator 6. That is,
When the Fresnel diffraction image reaches the back focal plane of the lens 10, the Young fringes as the Fraunhofer diffraction image are formed on the plane. Since the deflectors 12X and 12Y are arranged between the lens 10 and the focal plane thereafter, the Fresnel diffraction image is incident on these deflectors. That is, the Fresnel diffraction image first enters the deflector 12X and is deflected along the deflection surface S X in the X-axis direction. Here, when the ultrasonic frequency f X of the deflector 12X is swept at a constant sweep speed, the Fresnel diffraction image is gradually deflected along the X-axis direction. The Fresnel diffraction image deflected by the deflector 12X then enters the deflector 12Y and is deflected along the deflection surface S Y in the Y-axis direction. Here, the deflector 1
When the ultrasonic frequency f Y of 2Y is swept at a constant sweep speed, the Fresnel diffraction image is gradually deflected along the Y-axis direction.
R> Get going. As a result of the Fresnel diffraction image being gradually deflected along the X-axis and Y-axis directions in this way, Young fringes formed by forming the Fresnel diffraction image form on the focal plane after the lens on the X-axis and Y-axis. It will gradually move in a direction parallel to the direction.

【0047】既述のようにフォトダイオード13の受光
面は、レンズ後焦点面上のうち両偏向器12X及び12
Yの出射面121bの重複範囲を臨む位置に配置されて
いる。したがって、該後焦点面上におけるヤング縞の移
動の結果、フォトダイオード受光面にはヤング縞の明線
と暗線が交互に到達することになり、フォトダイオード
13の出力レベルが時間の経過にしたがい変化する。演
算・制御装置14がフォトダイオード13の出力レベル
の時間変化を測定し、この測定結果からヤング縞の縞間
隔及び縞方向を演算する。更に、演算・制御装置14は
この演算結果に基づき測定物体19の移動方向及び移動
量、及び必要ならば移動速度を演算するのである。
As described above, the light-receiving surface of the photodiode 13 is the deflectors 12X and 12X on the focal plane after the lens.
It is arranged at a position facing the overlapping range of the Y emission surface 121b. Therefore, as a result of the movement of the Young fringes on the back focal plane, the light lines and the dark lines of the Young fringes alternately reach the photodiode light receiving surface, and the output level of the photodiode 13 changes with the passage of time. To do. The calculation / control device 14 measures the time variation of the output level of the photodiode 13, and calculates the fringe spacing and the fringe direction of the Young fringes from this measurement result. Further, the calculation / control device 14 calculates the moving direction and moving amount of the measuring object 19 and, if necessary, the moving speed on the basis of the calculation result.

【0048】以下、フレネル回折像の偏向によるヤング
縞の方向及び縞間隔ΔLを求める方法について更に詳細
に説明する。
The method for obtaining the direction of Young fringes and the fringe spacing ΔL by deflecting the Fresnel diffraction image will be described in more detail below.

【0049】偏向器ドライバー15がまず、偏向器12
Yに超音波を伝搬させるのを停止するかまたはその超音
波周波数fYを一定に維持したまま、偏向器12Xの超
音波周波数fXを一定の掃引速度dfX/dtで掃引す
る。偏向器12Xの偏向角度が一定の割合dθX/dt
で変化する。ここで該一定の割合dθX/dtは既述の
数式4で与えられる。したがって、偏向器12Xに入射
したフレネル干渉縞は偏向面SX(X軸)にそって一定
の偏向角速度dθX/dtで徐々に偏向される。この結
果、該フレネル回折像が変換レンズ10の後焦点面上に
結像してできたヤング縞が、X軸に平行な方向(偏向面
Xにそう方向)に略一定の速度vXで移動していく。こ
こで該速度vXは下記の数式8で与えられる。
The deflector driver 15 first detects the deflector 12
The ultrasonic frequency f X of the deflector 12X is swept at a constant sweep speed df X / dt while stopping the propagation of the ultrasonic wave to Y or maintaining the ultrasonic frequency f Y constant. The deflection angle of the deflector 12X is a constant ratio dθ X / dt
Changes. Here, the constant ratio dθ X / dt is given by the above-mentioned formula 4. Therefore, the Fresnel interference fringes incident on the deflector 12X are gradually deflected along the deflection surface S X (X axis) at a constant deflection angular velocity dθ X / dt. As a result, Young's fringes formed by forming the Fresnel diffraction image on the back focal plane of the conversion lens 10 have a substantially constant velocity v X in the direction parallel to the X axis (direction toward the deflection surface S X ). Move on. Here, the velocity v X is given by the following Equation 8.

【0050】[0050]

【数8】vX=ιX・dθX/dt[Formula 8] v X = ι X · d θ X / dt

【0051】ここで、ιXは偏向器12Xからレンズ1
0後焦点面までの距離である。図5Aは、ヤング縞の明
線が偏向器12Xの該動作に基づいてX軸方向に平行な
方向に該速度vXで移動する様子を示している。すなわ
ち図5Aは、点線で示した位置にあったヤング縞明線が
実線で示す位置まで該速度vXで移動したことを示す。
Here, ι X is from the deflector 12X to the lens 1
0 is the distance to the back focal plane. FIG. 5A shows how the bright lines of the Young's fringes move at the speed v X in the direction parallel to the X-axis direction based on the operation of the deflector 12X. That is, FIG. 5A shows that the Young fringe bright line located at the position indicated by the dotted line has moved to the position indicated by the solid line at the speed v X.

【0052】ヤング縞の移動にしたがい、その明線がフ
ォトダイオード13の受光面13a上に達するとフォト
ダイオード受光強度は高くなり、暗線が達するとフォト
ダイオード受光強度は低くなる。したがって、フォトダ
イオード13の出力レベルはヤング縞明線がフォトダイ
オード受光面に入射するたびにピークに達する。偏向器
12Xの超音波周波数の掃引にしたがいヤング縞が図5
Aに示すように移動する結果、フォトダイオード出力レ
ベルが図5Bに示すように一定の時間間隔ΔTXをおい
てピークに達することになる。つまり、ヤング縞が速度
X(=ιX・dθX/dt)でX軸と平行な方向に移動
した結果、ヤング縞の明線が所定のフォトダイオード位
置に時間間隔ΔTXをおいて到達するのである。したが
って、ヤング縞のX軸方向の明線間距離すなわちX軸方
向の縞間隔ΔLXが下記の数式9で与えられることにな
る。偏向器ドライバー15により調整されている偏向器
12Xの該超音波周波数掃引速度dfX/dtは演算・
制御装置14に記録される。演算・制御装置14はまた
フォトダイオード13の出力値を測定し出力ピークの時
間間隔ΔTXを計測する。演算・制御装置14はこの掃
引速度記録結果dfX/dt及び出力ピーク間隔計測結
果TXから下記の数式9によりX軸方向の縞間隔ΔLX
演算するのである。
According to the movement of the Young fringes, when the bright line reaches the light receiving surface 13a of the photodiode 13, the photodiode light receiving intensity increases, and when the dark line reaches, the photodiode light receiving intensity decreases. Therefore, the output level of the photodiode 13 reaches a peak each time the bright line of the Young's fringes is incident on the light receiving surface of the photodiode. According to the ultrasonic frequency sweep of the deflector 12X, Young fringes are shown in FIG.
As a result of the movement as shown in A, the photodiode output level reaches a peak at a constant time interval ΔT X as shown in FIG. 5B. That is, as a result of the Young fringes moving in the direction parallel to the X axis at a velocity v X (= ι X · dθ X / dt), the bright lines of the Young fringes reach a predetermined photodiode position with a time interval ΔT X. To do. Therefore, the distance between the bright lines of the Young fringes in the X-axis direction, that is, the fringe spacing ΔL X in the X-axis direction is given by the following formula 9. The ultrasonic frequency sweep speed df X / dt of the deflector 12X adjusted by the deflector driver 15 is calculated.
It is recorded in the controller 14. The arithmetic / control device 14 also measures the output value of the photodiode 13 and measures the time interval ΔT X of the output peak. The calculation / control device 14 calculates the stripe interval ΔL X in the X-axis direction from the sweep speed recording result df X / dt and the output peak interval measurement result T X according to the following formula 9.

【0053】[0053]

【数9】 ΔLX=vX・ΔTX=ΔTX・ιX・dθX/dt=ΔTX・ιX・(dfX/dt) ・(λ0/nv)[Formula 9] ΔL X = v X · ΔT X = ΔT X · ι X · d θ X / dt = ΔT X · ι X · (df X / dt) · (λ 0 / nv)

【0054】ところで演算・制御装置14には、図5B
に示すように、フォトダイオード出力値の時間的変化を
測定できる最大時間的範囲Tmaxすなわち表示面14A
上に表示可能な最大時間的範囲につき一定の制限があ
る。ここで、ヤング縞のX軸方向縞間隔ΔLXに比して
超音波周波数掃引速度dfX/dtが小さすぎるとフォ
トダイオード13の出力ピーク時間間隔ΔTXが該時間
的制限範囲Tmaxを超えて大きくなってしまう。この場
合には表示面14A上には出力ピークが一つも表示され
ないかまたは一つしか表示されないことになるため、ピ
ーク間時間間隔ΔTXを測定することが不可能となる。
そこで、演算・制御装置14は出力ピークが該時間的制
限範囲内に二つ以上現れたか否か判断し、現れていない
と判断された場合には、偏向器ドライバー15を制御し
て超音波周波数掃引速度dfX/dtを大きくする。こ
うして、フォトダイオード13の出力レベルピーク値が
少なくとも二つ以上表示面14A上に表示されるように
し、ヤング縞のX軸方向の縞間隔ΔLXを測定する。一
方、超音波周波数掃引速度dfX/dtが大きすぎる場
合には、ピーク時間間隔ΔTXが演算・制御装置14の
測定時間精度より小さくなりその測定が不可能となる。
そこで、演算・制御装置14はピーク時間間隔がある最
小限界値Tmin以上か否か判断する。そして該最小限界
値Tmin以下と判断された場合には、演算・制御装置1
4は偏向器ドライバー15を制御して超音波周波数掃引
速度dfX/dtを小さくしピーク間時間間隔ΔTXを測
定可能な値(該限界値以上の値)とし、ヤング縞のX軸
方向の縞間隔を測定する。このように、演算・制御装置
14は偏向器12Xの超音波周波数掃引速度を制御し
て、ピーク時間間隔ΔTXを演算・制御装置14の該時
間的制限範囲Tmax以下であって該最小限界値Tmin以上
になるようにし測定可能な状態にしたうえで、縞間隔Δ
Xの測定を行うのである。
By the way, the arithmetic / control unit 14 is shown in FIG.
As shown in, the maximum time range T max in which the time change of the photodiode output value can be measured, that is, the display surface 14A.
There is a certain limit on the maximum time range that can be displayed above. Here, if the ultrasonic frequency sweep speed df X / dt is too small compared to the X-axis direction fringe spacing ΔL X of the Young fringes, the output peak time interval ΔT X of the photodiode 13 exceeds the time limit range T max . Will grow bigger. In this case, no output peak is displayed or only one output peak is displayed on the display surface 14A, so that it becomes impossible to measure the peak-to-peak time interval ΔT x .
Therefore, the arithmetic / control device 14 determines whether or not two or more output peaks appear within the time limit range. If it is determined that the output peaks do not appear, the deflector driver 15 is controlled to control the ultrasonic frequency. Increase the sweep speed df X / dt. In this way, at least two output level peak values of the photodiode 13 are displayed on the display surface 14A, and the fringe spacing ΔL X of the Young fringes in the X-axis direction is measured. On the other hand, when the ultrasonic frequency sweep speed df X / dt is too large, the peak time interval ΔT X becomes smaller than the measurement time accuracy of the arithmetic / control unit 14 and the measurement becomes impossible.
Therefore, the calculation / control device 14 determines whether or not the peak time interval is equal to or greater than a certain minimum limit value T min . If it is determined that the value is the minimum limit value T min or less, the calculation / control device 1
Reference numeral 4 controls the deflector driver 15 to decrease the ultrasonic frequency sweep speed df X / dt and set the peak-to-peak time interval ΔT X to a measurable value (value equal to or more than the limit value) in the X-axis direction of the Young fringe. Measure the fringe spacing. As described above, the arithmetic / control device 14 controls the ultrasonic frequency sweep speed of the deflector 12X so that the peak time interval ΔT X is equal to or less than the time limit range T max of the arithmetic / control device 14 and the minimum limit. After setting the value to T min or more so that measurement is possible, the stripe interval Δ
L X is measured.

【0055】次に、偏向器12Xに超音波を伝搬させる
のを停止するかまたはその超音波周波数fXを一定に維
持したまま、偏向器12Yの超音波周波数fYを一定の
掃引速度dfY/dtで掃引する。この結果、偏向器1
2Yの偏向角θYが一定の割合dθY/dtで変化する。
該dθY/dtは既述の数式5で与えられる。したがっ
て、偏向器12Yに入射したフレネル干渉縞が偏向面S
Y(Y軸)にそって一定の偏向角速度dθY/dtで徐々
に偏向されていく。この結果図5Cに示すように、該フ
レネル回折像が変換レンズ10の後焦点面上に結像して
できたヤング縞が、Y軸に平行な方向(偏向面SYにそ
う方向)に略一定の速度vYで移動していく。なお、該
図5Cは、点線で示す位置にあったヤング縞明線が実線
で示す位置まで該速度vYで移動したことを示す。ま
た、該速度vYは下記の数式10で与えられる。
Next, deflector 12X to either stop the propagating ultrasound or the ultrasonic frequency f X while keeping constant, the deflector 12Y the ultrasonic frequency f Y a constant sweep rate df Y Sweep at / dt. As a result, the deflector 1
The deflection angle θ Y of 2Y changes at a constant ratio dθ Y / dt.
The dθ Y / dt is given by Equation 5 described above. Therefore, the Fresnel interference fringes incident on the deflector 12Y are reflected by the deflection surface S
It is gradually deflected along Y (Y axis) at a constant deflection angular velocity dθ Y / dt. As a result, as shown in FIG. 5C, Young's fringes formed by forming the Fresnel diffraction image on the back focal plane of the conversion lens 10 are substantially in the direction parallel to the Y axis (the direction toward the deflection surface S Y ). It moves at a constant speed v Y. Note that FIG. 5C shows that the Young fringe bright line located at the position indicated by the dotted line has moved to the position indicated by the solid line at the speed v Y. The velocity v Y is given by the following mathematical formula 10.

【0056】[0056]

【数10】vY=ιY・dθY/dt[Formula 10] v Y = ι Y · d θ Y / dt

【0057】ここで、ιYは偏向器12Yから後焦点面
までの距離である。
Here, ι Y is the distance from the deflector 12Y to the back focal plane.

【0058】偏向器12Yの超音波周波数の掃引にした
がいヤング縞が図5Cに示すように移動する結果、フォ
トダイオード出力レベルが図5Dに示すように一定の時
間間隔ΔTYをおいてピークに達することになる。つま
り、ヤング縞が速度vY(=ιY・dθY/dt)でY軸
と平行な方向に移動した結果、ヤング縞の明線が所定の
フォトダイオード位置に時間間隔ΔTYをおいて到達す
るのである。したがって、ヤング縞のY軸方向の明線間
距離すなわちY軸方向の縞間隔ΔLYが下記の数式11
で与えられることになる。
As a result of the Young fringes moving as shown in FIG. 5C in accordance with the ultrasonic frequency sweep of the deflector 12Y, the photodiode output level reaches a peak at a constant time interval ΔT Y as shown in FIG. 5D. It will be. That is, as a result of the Young fringes moving in the direction parallel to the Y-axis at the velocity v Y (= ι Y · dθ Y / dt), the bright lines of the Young fringes reach the predetermined photodiode position with a time interval ΔT Y. To do. Therefore, the distance between the bright lines in the Y-axis direction of the Young fringes, that is, the fringe spacing ΔL Y in the Y-axis direction is expressed by the following formula 11
Will be given in.

【0059】[0059]

【数11】 ΔLY=vY・ΔTY=ΔTY・ιY・dθY/dt=ΔTY・ιY・(dfY/dt) ・(λ0/nv)[Formula 11] ΔL Y = v Y · ΔT Y = ΔT Y · ι Y · d θ Y / dt = ΔT Y · ι Y · (df Y / dt) · (λ 0 / nv)

【0060】演算・制御装置14は、偏向器ドライバー
15により調整されている偏向器12Yの超音波周波数
掃引速度dfY/dtを記録すると共に、フォトダイオ
ード13の出力値を測定し出力ピークの時間間隔ΔTY
を計測する。演算・制御装置14はこの掃引速度記録結
果dfY/dt及び出力ピーク間隔計測結果ΔTYから上
記の数式11によりY軸方向の縞間隔ΔLYを演算す
る。なお、X軸方向の出力ピーク間隔ΔTXの測定の場
合と同様に、出力ピーク間隔ΔTYの測定においても演
算・制御装置14が偏向器ドライバー15を制御してい
る。すなわち、演算・制御装置14は偏向器12Yの超
音波周波数掃引速度を調整し、出力ピーク間隔ΔTY
計測が可能な所望のフォトダイオード出力値の時間変化
状態を得たうえでその計測を行う。具体的には、偏向器
12Yの超音波周波数掃引速度を調整して、ピーク時間
間隔ΔTYを演算・制御装置14の前記最大時間的制限
範囲Tm ax以下であって前記最小限界値Tmin以上になる
ようにし測定可能な状態にしたうえで、該縞間隔ΔLY
の測定を行うのである。
The arithmetic / control device 14 records the ultrasonic frequency sweep speed df Y / dt of the deflector 12Y adjusted by the deflector driver 15, and measures the output value of the photodiode 13 to measure the output peak time. Interval ΔT Y
To measure. The calculation / control device 14 calculates the stripe interval ΔL Y in the Y-axis direction from the sweep speed recording result df Y / dt and the output peak interval measurement result ΔT Y according to the above formula 11. Note that, similarly to the case of measuring the output peak interval ΔT X in the X-axis direction, the calculation / control device 14 controls the deflector driver 15 also in the measurement of the output peak interval ΔT Y. That is, the arithmetic / control device 14 adjusts the ultrasonic frequency sweep speed of the deflector 12Y, obtains a desired time-dependent change of the photodiode output value capable of measuring the output peak interval ΔT Y , and then performs the measurement. . Specifically, the deflector 12Y of adjusting the ultrasonic frequency sweep rate, the maximum time limits range T m ax the minimum threshold value or less T min of the peak time interval [Delta] T Y arithmetic and control unit 14 After setting the measurement conditions as described above, the stripe interval ΔL Y
Is measured.

【0061】演算・制御装置14はさらに、このように
して求めたヤング縞のX軸方向の縞間隔ΔLX及びY軸
方向の縞間隔ΔLYよりヤング縞の間隔ΔL(縞に垂直
な方向における縞明線間距離)及び縞方向角度ψ(縞に
垂直な方向がX軸に平行な方向に対してなす角度)を演
算する。すなわち、図6に示すようにヤング縞の間隔Δ
Lと間隔ΔLX及びΔLYとは下記の数式12で示す関係
にあるのでこの式を演算してヤング縞間隔ΔLを求め
る。
[0061] arithmetic and control unit 14 further in this way obtained X-axis direction of the fringe spacing [Delta] L X and Y-axis direction between [Delta] L (direction perpendicular to the stripes of the Young fringes than fringe spacing [Delta] L Y Young fringes The distance between the bright lines between stripes and the stripe direction angle ψ (the angle formed by the direction perpendicular to the stripe with respect to the direction parallel to the X axis) are calculated. That is, as shown in FIG. 6, Young fringe spacing Δ
Since L and the intervals ΔL X and ΔL Y have the relationship shown in the following formula 12, this formula is calculated to obtain the Young fringe interval ΔL.

【0062】[0062]

【数12】1/ΔL2=1/ΔLX 2+1/ΔLY 2 ## EQU12 ## 1 / ΔL 2 = 1 / ΔL X 2 + 1 / ΔL Y 2

【0063】また、縞方向ψは数式13で演算する。Further, the stripe direction ψ is calculated by Expression 13.

【0064】[0064]

【数13】ψ=tan-1(ΔLX/ΔLY(13) ψ = tan −1 (ΔL X / ΔL Y ).

【0065】測定物体19の移動量ΔSは既述のよう
に、このヤング縞間隔ΔLから下記の数式14により演
算される。また、前記縞方向角度ψが測定物体19のX
軸方向に平行な方向に対する移動方向を示す。たとえば
図1に示すように、X軸方向(偏向器12Xの軸)が図
1の紙面に沿う方向に延びている場合には、測定物体1
9は搬送装置18の搬送面18a上を、図1の紙面に沿
う方向(X軸方向)に対して角度ψをなす方向に移動し
たことがわかる。
As described above, the moving amount ΔS of the measuring object 19 is calculated from the Young fringe spacing ΔL by the following equation (14). Further, the stripe direction angle ψ is X of the measurement object 19.
The moving direction with respect to the direction parallel to the axial direction is shown. For example, as shown in FIG. 1, when the X-axis direction (the axis of the deflector 12X) extends in the direction along the paper surface of FIG.
It can be seen that 9 moves on the conveying surface 18a of the conveying device 18 in a direction forming an angle ψ with respect to the direction along the paper surface of FIG. 1 (X-axis direction).

【0066】[0066]

【数14】 ΔS=ΔN/M=(λ0・ι)/(ΔL・M)[Expression 14] ΔS = ΔN / M = (λ 0 · ι) / (ΔL · M)

【0067】以上詳述した測定物体19の移動量及び移
動速度の測定は、図3に示すようなタイミングで行われ
る。まず消去用発光ダイオード7で照射しつつ第一の光
変調器6に消去用の補償電圧Vecと駆動電圧Veをこの
順で加える。次に、光変調器6に書き込み用補償電圧V
wcを加えた後、書き込み用駆動電圧Vwを加える。この
書き込み駆動電圧Vw印加中の時刻tに、偏向器4がΔ
tの間隔をおいて2回レーザ光を測定物体19に照射さ
せることにより、光変調器6にスペックルパターンを二
重記録する。二重記録終了と同時にシャッタ9Cが開い
て読みだし光を光変調器6に照射する。その後、演算・
制御装置14が偏向器ドライバー15を介して偏向器1
2Xの超音波周波数掃引制御を行い、X軸方向のヤング
縞間隔ΔLXを求める。ついで、偏向器12Yの超音波
周波数掃引制御を行いY軸方向のヤング縞間隔ΔLY
求める。求められたΔLX及びΔLYに基づき、演算・制
御装置14はさらにヤング縞間隔ΔL及び縞方向ψを演
算する。該演算結果に基づき、演算・制御装置14はさ
らに該時刻tにおける時間間隔Δtの測定物体19の移
動量ΔS及び移動方向を演算する。演算・制御装置14
はさらに、その時刻tにおける移動速度V(=ΔS/Δ
t)をも演算することができる。このようにして該時刻
tにおける移動量測定が終了すると、所望の時刻t’で
再び同様な動作を行うことにより時間間隔Δt’におけ
る移動量ΔS’が測定され、時刻t’における移動速度
V’(=ΔS’/Δt’)をも求められる。
The measurement of the moving amount and the moving speed of the measuring object 19 described in detail above is performed at the timing shown in FIG. First, a compensating voltage V ec for erasing and a driving voltage V e are applied to the first optical modulator 6 in this order while irradiating with the erasing light emitting diode 7. Next, the compensating voltage V for writing is applied to the optical modulator 6.
After wc is added, the write drive voltage V w is applied. At time t when the write drive voltage V w is being applied, the deflector 4 changes by Δ.
The speckle pattern is double-recorded on the optical modulator 6 by irradiating the measurement object 19 with laser light twice at an interval of t. Simultaneously with the completion of double recording, the shutter 9C is opened to irradiate the optical modulator 6 with read light. After that, calculate
The control device 14 causes the deflector 1 to operate via the deflector driver 15.
2X ultrasonic frequency sweep control is performed to obtain Young fringe spacing ΔL X in the X-axis direction. Then, ultrasonic frequency sweep control of the deflector 12Y is performed to obtain the Young fringe spacing ΔL Y in the Y-axis direction. Based on the calculated ΔL X and ΔL Y , the calculation / control device 14 further calculates the Young fringe spacing ΔL and the fringe direction ψ. Based on the calculation result, the calculation / control device 14 further calculates the movement amount ΔS and the movement direction of the measurement object 19 at the time interval Δt at the time t. Arithmetic / control device 14
Is the moving speed V (= ΔS / Δ
t) can also be calculated. When the movement amount measurement at the time t is completed in this way, the movement amount ΔS ′ at the time interval Δt ′ is measured by performing the same operation again at the desired time t ′, and the movement speed V ′ at the time t ′. (= ΔS ′ / Δt ′) can also be obtained.

【0068】ヤング縞間隔ΔLを求めるための偏向器の
超音波周波数の掃引の方法としては、既述のように一方
の偏向器の周波数掃引を停止しながら他方の掃引を行う
ものの他、以下のような方法がある。
As a method of sweeping the ultrasonic frequency of the deflector for obtaining the Young fringe interval ΔL, as described above, the one of the deflectors is stopped while the frequency sweep is stopped, and the other is as follows. There is such a method.

【0069】まず、既述の方法と同様に、偏向器12Y
に超音波を伝搬させるのを停止するかまたはその超音波
周波数fYを一定に維持したまま、偏向器12Xの周波
数を掃引速度dfX/dtで掃引しX軸方向のヤング縞
間隔ΔLxを求める。ついで、偏向器12Xの周波数を
掃引速度dfX’/dtで掃引しつつ、偏向器12Yの
周波数をも掃引速度dfY/dtで掃引する。ここで、
該掃引速度dfX’/dtは該掃引速度dfX/dtと等
しくても等しくなくても良い。この場合フレネル回折像
は、偏向器12XによりX軸に平行な方向に角速度dθ
X’/dt(=(dfX’/dt)・λ0/nv)で徐々
に偏向されると同時に、偏向器12YによりY軸に平行
な方向に角速度dθY/dt(=(dfY/dt)・λ0
/nv)で徐々に偏向されていく。このようにフレネル
回折像が偏向器12X及び12Yの両方で同時に偏向さ
れる結果、該フレネル回折像が結像してできたヤング縞
が、X軸方向と平行な方向に速度|vX’|(=ιX・d
θX’/dt)で、またY軸方向と平行な方向に速度|
Y|(=ιY・dθY/dt)で同時に移動することに
なる。ここで、速度vX’及びvYは速度ベクトルであ
り、|vX’|及び|vY|はその大きさとする。したが
ってヤング縞は、図7Aに示すように該速度ベクトルv
X’及びvYのベクトル和である速度ベクトルvXYで移動
することになる。該速度ベクトルvXYは下記の数式15
で与えられる。すなわちヤング縞は、X軸及びY軸の方
向に対して斜めの方向である速度ベクトルvXYの方向に
速度|vXY|で移動する。なお該図7Aは、点線で示す
位置にあったヤング縞明線が実線で示す位置まで該速度
|vXY|で移動したことを示す。
First, in the same manner as the above-mentioned method, the deflector 12Y is used.
The ultrasonic wave frequency is stopped or the ultrasonic frequency f Y is kept constant, and the frequency of the deflector 12X is swept at the sweep speed df X / dt to set the Young fringe spacing ΔL x in the X-axis direction. Ask. Next, the frequency of the deflector 12X is swept at the sweep speed df X '/ dt, and the frequency of the deflector 12Y is also swept at the sweep speed df Y / dt. here,
The sweep speed df X '/ dt may or may not be equal to the sweep speed df X / dt. In this case, the Fresnel diffraction image shows the angular velocity dθ in the direction parallel to the X axis by the deflector 12X.
X '/ dt (= (df X' / dt) · λ 0 / nv) simultaneously gradually deflected by deflector angular velocity in a direction parallel to the Y-axis by 12Y dθ Y / dt (= ( df Y / dt) ・ λ 0
/ Nv) is gradually deflected. In this way, the Fresnel diffraction image is simultaneously deflected by both the deflectors 12X and 12Y, and as a result, the Young fringes formed by the Fresnel diffraction image are formed in the direction | v X '| (= Ι X・ d
θ X '/ dt) and the velocity in the direction parallel to the Y-axis direction |
v Y | (= ι Y · d θ Y / dt) will move simultaneously. Here, the velocities v X 'and v Y are velocity vectors, and | v X ' | and | v Y | are their magnitudes. Therefore, as shown in FIG. 7A, the Young's fringe has the velocity vector v
It will move in X 'and v Y vector sum is a velocity vector v XY of. The velocity vector v XY is expressed by the following mathematical formula 15.
Given in. That is, the Young fringes move at the speed | v XY | in the direction of the speed vector v XY which is a direction oblique to the directions of the X axis and the Y axis. It should be noted that FIG. 7A shows that the Young fringe bright line located at the position indicated by the dotted line has moved to the position indicated by the solid line at the speed | v XY |.

【0070】[0070]

【数15】vXY=vX’+vY [Formula 15] v XY = v X '+ v Y

【0071】演算・制御装置14は偏向器ドライバー1
5を介して掃引速度dfX’/dt及びdfY/dtを制
御し、装置14の表示面14A内(装置14の時間的制
限範囲Tmax内)にフォトダイオード13の出力ピーク
が2つ以上表示されるようにする。なお、演算制御装置
14は偏向器ドライバー15を制御して出力ピーク時間
間隔が装置14の前記最小限界値Tmin以上になるよう
にもする。このようにして、出力ピーク時間間隔ΔTXY
を計測する。
The arithmetic / control unit 14 is the deflector driver 1
The sweep speeds df X '/ dt and df Y / dt are controlled via 5, and two or more output peaks of the photodiode 13 are present in the display surface 14A of the device 14 (within the time limit range T max of the device 14). To be displayed. The arithmetic and control unit 14 also controls the deflector driver 15 so that the output peak time interval becomes equal to or more than the minimum limit value T min of the unit 14. In this way, the output peak time interval ΔT XY
To measure.

【0072】図7Bに示すように、ヤング縞は、この出
力ピーク時間間隔ΔTXYの間に、X軸に平行な方向に移
動ベクトルAX’、Y軸に平行な方向に移動ベクトルAY
だけ同時に移動し、その結果としてこれら移動ベクトル
X’及びAYのベクトル和たる移動ベクトルAXY(=A
X’+AY)だけ移動する。この移動ベクトルAxYは、そ
の方向が前記ヤング縞の移動方向(前記速度ベクトルv
XYの方向)を向き、その長さが該方向におけるヤング縞
の明線間距離に等しいものである。ここで、前記移動ベ
クトルAX’の長さ|AX’|は下記の数式16により、
また、前記移動ベクトルAYの長さ|AY|は数式17に
より、求められる。
As shown in FIG. 7B, the Young fringes have a movement vector A X 'in the direction parallel to the X axis and a movement vector A Y in the direction parallel to the Y axis during the output peak time interval ΔT XY.
Move simultaneously, and as a result, move vector A XY (= A) which is the vector sum of these move vectors A X 'and A Y
Move only X '+ A Y ). This movement vector A xY has a movement direction (the velocity vector v
XY direction) and its length is equal to the distance between the bright lines of the Young fringes in that direction. Here, the length | A X '| of the movement vector A X ' is given by the following formula 16.
In addition, the length | A Y | of the movement vector A Y is obtained by Expression 17.

【0073】[0073]

【数16】 |AX’|=vX’・ΔTXY=ΔTXY・ιX・dθX’/dt=ΔTXY・ιX・(d fX’/dt)・(λ0/nv)[Number 16] | A X '| = v X ' · ΔT XY = ΔT XY · ι X · dθ X '/ dt = ΔT XY · ι X · (d f X' / dt) · (λ 0 / nv)

【0074】[0074]

【数17】 |AY|=vY・ΔTXY=ΔTXY・ιY・dθY/dt=ΔTXY・ιY・(dfY/d t)・(λ0/nv)[Expression 17] | A Y | = v Y · ΔT XY = ΔT XY · ι Y · dθ Y / dt = ΔT XY · ι Y · (df Y / d t) · (λ 0 / nv)

【0075】さらに図7Bに示すように、移動ベクトル
XYの長さ|AXY|が以下の数式18により、また、移
動ベクトルAXYの方向として該移動ベクトルAXYのX軸
に平行な方向に対する角度γが数式19により求められ
る。
[0075] As further shown in FIG. 7B, the movement vector A XY length | A XY | by the following equation 18, also parallel to the X axis of the movement vector A XY as the direction of the movement vector A XY The angle γ with respect to

【0076】[0076]

【数18】|AXY2=|AX’|2+|AY2 [Formula 18] | A XY | 2 = | A X '| 2 + | A Y | 2

【0077】[0077]

【数19】γ=tan-1(|AY|/|AX’|)Γ = tan −1 (| A Y | / | A X '|)

【0078】以上の数式16から19より、ヤング縞の
移動の方向におけるヤング縞明線間距離|AXY|及び該
移動方向のX軸方向に対する角度γが求められる。
From the above equations 16 to 19, the distance between the bright lines of the Young fringes | A XY | in the moving direction of the Young fringes and the angle γ of the moving direction with respect to the X-axis direction are obtained.

【0079】ヤング縞の縞間隔(すなわちヤング縞に垂
直な方向におけるヤング縞明線間距離)ΔL及び縞方向
(縞に垂直な方向)は、該求められたヤング縞の該移動
方向におけるヤング縞明線間距離|AXY|及び該移動方
向角度γより以下のように求められる。
The fringe spacing of the Young fringes (that is, the distance between the bright lines of the Young fringes in the direction perpendicular to the Young fringes) ΔL and the fringe direction (direction perpendicular to the fringes) are the Young fringes in the moving direction of the obtained Young fringes. The distance between bright lines | A XY | and the moving direction angle γ are obtained as follows.

【0080】たとえば図7Bに示すようにヤング縞が移
動ベクトルAXYだけ移動した結果、図8に示すようにヤ
ング縞明線上の点Oが点O’まで移動したとする。前記
移動ベクトル長さ|AX’|、前記移動ベクトル長さ|
Y|、ヤング縞移動方向角度γ、及び、該移動方向に
おけるヤング縞明線間距離|AXY|は既述の数式16か
ら19より求められる。また、X軸方向に平行な方向に
おけるヤング縞間隔ΔLXは、すでに計測されている。
そこで、図8における距離Bが下記の数式20により与
えられる。この結果、ヤング縞間隔ΔL(ヤング縞に垂
直な方向におけるヤング縞明線間距離)が数式21によ
り求められる。
For example, as shown in FIG. 7B, it is assumed that as a result of the Young fringes moving by the movement vector A XY , the point O on the bright line of the Young fringes moves to the point O'as shown in FIG. The movement vector length | AX ′ |, the movement vector length |
A Y |, the Young fringe movement direction angle γ, and the Young fringe bright line distance | A XY | in the movement direction are obtained from the above-described formulas 16 to 19. The Young fringe spacing ΔL X in the direction parallel to the X-axis direction has already been measured.
Therefore, the distance B in FIG. 8 is given by the following formula 20. As a result, the Young fringe spacing ΔL (the distance between the Young fringe bright lines in the direction perpendicular to the Young fringes) is calculated by the mathematical expression 21.

【0081】[0081]

【数20】 B2=|AXY2+(ΔLX2−2|AXY|・ΔLX・cosγ[Formula 20] B 2 = | A XY | 2 + (ΔL X ) 2 −2 | A XY | · ΔL X · cos γ

【0082】[0082]

【数21】 ΔL=2[s(s−ΔLX)(s−|AXY|)(s−B)]1/2/BΔL = 2 [s (s−ΔL X ) (s− | A XY |) (s−B)] 1/2 / B

【0083】なお、該数式21においてsとは以下の数
式22を満たすものである。
In the equation 21, s satisfies the following equation 22.

【0084】[0084]

【数22】2s=ΔLX+|AXY|+B[Equation 22] 2s = ΔL X + | A XY | + B

【0085】また、ヤング縞の方向(ヤング縞に垂直な
方向)として該方向のX軸方向に平行な方向に対する角
度ψを考えると、該角度ψは以下の数式23で与えられ
る。
Considering the angle ψ with respect to the direction parallel to the X-axis direction as the direction of the Young fringe (direction perpendicular to the Young fringe), the angle ψ is given by the following formula 23.

【0086】[0086]

【数23】 ψ=90゜−sin-1[(|AXY|/B)sinγ]Ψ = 90 ° −sin −1 [(| A XY | / B) sin γ]

【0087】これらの演算を演算・制御装置14が行う
ことにより、ヤング縞の該縞間隔ΔL及び該縞方向ψが
求められる。よって、既述の数式14より測定物体19
の移動量ΔSが求められる。また、該縞方向ψが測定物
体19のX軸方向に平行な方向に対する移動方向を示
す。
By the arithmetic / control unit 14 performing these calculations, the fringe spacing ΔL of the Young fringes and the fringe direction ψ are obtained. Therefore, the measured object 19
Is calculated. Further, the stripe direction ψ indicates the moving direction of the measurement object 19 with respect to the direction parallel to the X-axis direction.

【0088】本発明は上述した実施例の光学的変位量測
定装置に限定されることなく本発明の趣旨から逸脱する
ことなく種々の変更が可能である。たとえば、上述の実
施例ではX軸方向の偏向を行ったのちにY軸方向の偏向
を行ったが、この逆でも良い。また上述の実施例では、
二つの偏向器12X及び12Yはその偏向方向(X軸方
向及びY軸方向)が互いに直角をなすように配置されて
いたが、直角でなくても良い。偏向方向が平行でなくな
んらかの角度を有するように配置して、ヤング縞を少な
くとも互いに異なる二方向に偏向できればよい。なお、
偏向器12Xと12Yをその偏向方向(すなわちX軸と
Y軸)がたとえばある角度αをなすように配置する場合
には、半波長板11の代わりに偏光状態を同一の角度α
だけ回転させる機能を有する素子を偏向器の間に配置す
る。二つの偏向方向における偏向特性を互いに同一にす
る必要があるからである。
The present invention is not limited to the optical displacement measuring device of the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the Y-axis direction is deflected after the X-axis direction is deflected, but the reverse is also possible. Also, in the above embodiment,
The two deflectors 12X and 12Y are arranged so that their deflection directions (X-axis direction and Y-axis direction) are at right angles to each other, but they may not be at right angles. It suffices if the Young fringes can be deflected in at least two different directions by arranging them so that the deflection directions are not parallel and have some angle. In addition,
When the deflectors 12X and 12Y are arranged so that their deflection directions (that is, the X-axis and the Y-axis) form a certain angle α, for example, instead of the half-wave plate 11, the polarization state is the same angle α.
An element having a function of rotating only is arranged between the deflectors. This is because it is necessary to make the deflection characteristics in the two deflection directions the same.

【0089】上述の実施例では、ヤング縞を少なくとも
互いに異なる二方向に偏向する手段として音響光学偏向
器を用いているが、偏向手段はこれに限られない。例え
ば、ガルバノミラーを用いてもよく、電気光学偏向器、
磁気光学偏向器等を用いても良い。
In the above embodiment, the acousto-optic deflector is used as a means for deflecting the Young fringes in at least two different directions, but the deflecting means is not limited to this. For example, a galvanometer mirror may be used, an electro-optical deflector,
A magneto-optical deflector or the like may be used.

【0090】上述の実施例では、ヤング縞の変化状態
(移動状態)を検出する手段としてフォトダイオード1
3を用いていたがこれに限られない。フーリエ変換面
(フーリエ変換レンズ後焦点面)上の一点の位置におけ
る光強度及びその変化が測定可能な0次元状の光ディテ
クターであれば良い。さらに、かかる点状光ディテクタ
ーでなくても、フーリエ変換面(フーリエ変換レンズ後
焦点面)上に形成されたヤング縞が変化する状態を検出
できるものであれば良い。
In the above embodiment, the photodiode 1 is used as means for detecting the changing state (moving state) of the Young's fringes.
Although 3 was used, it is not limited to this. Any one-dimensional optical detector capable of measuring the light intensity and its change at a position on the Fourier transform surface (focal plane after the Fourier transform lens) may be used. Further, it is not limited to such a point light detector as long as it can detect a state in which Young fringes formed on the Fourier transform surface (focal plane after the Fourier transform lens) change.

【0091】上述の実施例では光学的変位量測定装置は
固定されており測定物体が移動していたが、この逆でも
よい。すなわち、光学的変位量測定装置が移動してお
り、測定物体は固定されているものでもよい。この場合
には、固定された測定物体の光学的変位量測定装置に対
する相対的な移動量及び移動方向を測定することによっ
て、光学的変位量測定装置の絶対的な移動量及び移動方
向が求められる。たとえば、光学的変位量測定装置を自
動車等移動する物体に載置することにより、この移動す
る物体の移動量及び速度を求めることができる。
In the above-mentioned embodiment, the optical displacement measuring device is fixed and the measuring object is moved, but the reverse is also possible. That is, the optical displacement amount measuring device may be moving and the measuring object may be fixed. In this case, the absolute movement amount and movement direction of the optical displacement amount measuring device are obtained by measuring the movement amount and movement direction of the fixed measuring object relative to the optical displacement amount measuring device. . For example, by mounting the optical displacement amount measuring device on a moving object such as an automobile, the moving amount and speed of this moving object can be obtained.

【0092】さらに、測定物体にはレーザ光のようなコ
ヒーレント光でなくインコヒーレント光を照射しても良
い。この場合には、スペックルパターンでなく測定物体
の像が光変調器に記録される。こうして変位前後の物体
の像を光変調器に二重記録する。記録した変位前後の物
体の像をコヒーレント光で読み出しフーリエ変換してヤ
ング縞を形成する。これを偏向器により二方向に偏向す
る。この偏向結果を測定することにより測定物体の変位
量及び変位方向を求めることができる。
Further, the measurement object may be irradiated with incoherent light instead of coherent light such as laser light. In this case, not the speckle pattern but the image of the measuring object is recorded in the light modulator. In this way, the image of the object before and after the displacement is double recorded on the optical modulator. The recorded images of the object before and after the displacement are read out by coherent light and Fourier-transformed to form Young fringes. This is deflected in two directions by the deflector. By measuring this deflection result, the displacement amount and displacement direction of the measurement object can be obtained.

【0093】また、スペックルパターンを二重記録する
手段としては、強誘電性液晶空間光変調器に限られず、
測定物体変位前の受光パターンを少なくとも変位後の受
光パターンを記録するまで蓄積でき物体変位前後の像を
二重記録することが可能な空間光変調器であればよい。
たとえば、写真乾板でも良い。
The means for double recording the speckle pattern is not limited to the ferroelectric liquid crystal spatial light modulator.
Any spatial light modulator capable of accumulating the light receiving pattern before displacement of the measurement object at least until recording the light receiving pattern after displacement and capable of double recording the images before and after the object displacement is sufficient.
For example, a photographic plate may be used.

【0094】更に、上述の実施例では光を測定物体に照
射させその反射光パターンで物体の変位量及び変位方向
を測定していたが、測定物体の種類等によっては透過光
パターンで測定を行ってもよい。すなわち、測定物体の
透過光に形成された像やスペックルパターンを光変調器
に二重記録させるようにしてもよい。
Further, in the above-described embodiment, the object is irradiated with light and the displacement amount and displacement direction of the object are measured by the reflected light pattern thereof. However, depending on the kind of the measured object and the like, the transmitted light pattern may be measured. May be. That is, the image and the speckle pattern formed on the transmitted light of the measurement object may be double recorded on the optical modulator.

【0095】測定物体からの透過光または反射光に形成
されたパターンの光強度が小さい場合には、結像レンズ
5と光変調器6との間に公知のイメージインテンシファ
イアを設けて、パターンの光強度を高めた後に光変調器
6の書き込み入射面6Swに入射させるようにしてもよ
い。
When the light intensity of the pattern formed in the transmitted light or the reflected light from the measurement object is small, a known image intensifier is provided between the imaging lens 5 and the light modulator 6, and the pattern is formed. It is also possible to make the light incident on the writing incident surface 6S w of the optical modulator 6 after increasing the light intensity.

【0096】上述の実施例では、He−Neレーザ装置
2からの光の一部を偏向器4で偏向して測定物体19に
照射しスペックルパターンを形成していた。しかし、偏
向器4がなく、He−Neレーザ装置2からの光を測定
物体19に常に照射させ続けるようにしてもよい。この
場合には、ある時刻tにおいて時間間隔Δtをおいて2
回書き込み駆動電圧Vwを光変調器6に印加することに
より、スペックルパターンの二重記録を行う。また、H
e−Neレーザ装置2とは別にパルス状光源たるレーザ
ダイオード(LD)を設けパルス状LD光により測定物
体19を選択的に照射してスペックルパターンを形成さ
せてもよい。
In the above-mentioned embodiment, a part of the light from the He-Ne laser device 2 is deflected by the deflector 4 and irradiated on the measurement object 19 to form a speckle pattern. However, the deflector 4 may not be provided, and the light from the He-Ne laser device 2 may be constantly applied to the measurement object 19. In this case, at a certain time t, there is a time interval Δt of 2
The speckle pattern is double-recorded by applying the write drive voltage V w to the optical modulator 6. Also, H
A laser diode (LD) that is a pulsed light source may be provided separately from the e-Ne laser device 2 to selectively irradiate the measurement object 19 with pulsed LD light to form a speckle pattern.

【0097】[0097]

【発明の効果】以上詳述したことから明かなように、本
発明の光学的変位量測定装置においては、装置に対して
相対的に変位する測定対象に光照射手段により光を照射
し、測定対象からの透過光または反射光を記録手段に受
光させる。記録手段は測定対象の像を所定の時間間隔を
おいて二重記録し、測定対象と該記録手段(装置)との
相対的変位状態を記録する。この記録手段にコヒーレン
ト光投光手段からのコヒーレント光を照射して記録手段
の該二重記録像を読み出す。該読みだした二重記録像を
偏向手段により少なくとも互いに異なる二方向に偏向す
る。同時に、該読みだした二重記録像をフーリエ変換手
段によりフーリエ変換しフーリエ変換像たるヤング縞を
形成する。したがって該形成されたヤング縞は、該読み
だした二重記録像の偏向に基づき互いに異なる二方向に
移動する。該ヤング縞の該二方向の移動による変化(移
動)状態を検出手段により検出することにより、ヤング
縞の縞方向及び縞間隔を演算する。この演算結果に基づ
いて測定対象の光学的変位量測定装置に対する相対的変
位量及び変位方向を演算する。本発明ではこのように、
ヤング縞を少なくとも互いに異なる二方向に移動させ、
その移動状態(変化状態)を検出してヤング縞の縞方向
及び縞間隔を演算する。したがって、ヤング縞の縞方向
及び縞間隔を求めるのにデータ採取や複雑な比較演算が
不要であるため、短時間で測定をすることができ実時間
測定性に優れている。
As is apparent from the above detailed description, in the optical displacement measuring device of the present invention, the object to be measured, which is relatively displaced with respect to the device, is irradiated with the light by the light irradiating means and measured. The recording means receives the transmitted light or the reflected light from the object. The recording means double-records the image of the measuring object at a predetermined time interval, and records the relative displacement state of the measuring object and the recording means (device). The recording means is irradiated with coherent light from the coherent light projecting means to read out the double recorded image of the recording means. The read double recorded image is deflected by at least two different directions by the deflecting means. At the same time, the read double recording image is Fourier transformed by the Fourier transforming means to form Young fringes which are Fourier transformed images. Therefore, the formed Young fringes move in two different directions based on the deflection of the read double recording image. By detecting the change (movement) state of the Young fringes due to the movement in the two directions, the fringe direction and the fringe spacing of the Young fringes are calculated. Based on this calculation result, the relative displacement amount and displacement direction of the measurement target optical displacement amount measuring device are calculated. According to the present invention,
Move the Young fringes in at least two different directions,
The moving state (changed state) is detected and the fringe direction and fringe spacing of the Young fringes are calculated. Therefore, data acquisition and complicated comparison calculation are not required to obtain the fringe direction and the fringe spacing of the Young fringes, so that the measurement can be performed in a short time and the real-time measurable property is excellent.

【0098】また、フーリエ変換像たるヤング縞を少な
くとも互いに異なる二方向に偏向するための偏向器があ
れば良いので、装置全体の小型化が図れる。
Further, since it is sufficient to have a deflector for deflecting Young fringes, which are Fourier transform images, in at least two directions different from each other, it is possible to downsize the entire apparatus.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例にかかる光学的変位量測定装置
を示す光学系統図である。
FIG. 1 is an optical system diagram showing an optical displacement amount measuring device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明で使用される光変調器を拡大して示す断
面図である。
FIG. 2 is an enlarged sectional view showing an optical modulator used in the present invention.

【図3】本発明の実施例にかかる光学的変位量測定装置
の動作タイミングチャートである。
FIG. 3 is an operation timing chart of the optical displacement amount measuring device according to the embodiment of the present invention.

【図4A】本発明で使用される音響光学偏向器を説明す
るための断面図である。
FIG. 4A is a sectional view for explaining an acousto-optic deflector used in the present invention.

【図4B】本発明においてレンズ10からの光を二つの
互いに異なる方向へ偏向する様子を説明するための斜視
図である。
FIG. 4B is a perspective view for explaining how the light from the lens 10 is deflected in two different directions in the present invention.

【図4C】本発明における二つの音響光学偏向器及び半
波長板の配置状態を説明する斜視図である。
FIG. 4C is a perspective view illustrating an arrangement state of two acousto-optic deflectors and a half-wave plate according to the present invention.

【図4D】本発明におけるフォトダイオード13の偏向
器12X及び12Yに対する位置を説明する図であり、
レンズ10側から見た正面図である。
FIG. 4D is a view for explaining the position of the photodiode 13 with respect to the deflectors 12X and 12Y in the present invention,
It is a front view seen from the lens 10.

【図5A】本発明においてヤング縞が偏向器12Xによ
り偏向される様子を説明する説明図である。
FIG. 5A is an explanatory diagram for explaining how Young fringes are deflected by a deflector 12X in the present invention.

【図5B】本発明においてヤング縞が偏向器12Xによ
り偏向される結果フォトダイオード13の受光強度が時
間的に変化する様子を説明する図である。
FIG. 5B is a diagram for explaining how the received light intensity of the photodiode 13 temporally changes as a result of Young fringes being deflected by the deflector 12X in the present invention.

【図5C】本発明においてヤング縞が偏向器12Yによ
り偏向される様子を説明する説明図である。
FIG. 5C is an explanatory diagram for explaining how Young fringes are deflected by the deflector 12Y in the present invention.

【図5D】本発明においてヤング縞が偏向器12Yによ
り偏向される結果フォトダイオード13の受光強度が時
間的に変化する様子を説明する図である。
FIG. 5D is a diagram illustrating how the received light intensity of the photodiode 13 changes with time as a result of Young fringes being deflected by the deflector 12Y in the present invention.

【図6】ヤング縞の縞間隔及び縞方向の演算方法を説明
する図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a method of calculating a fringe interval and a fringe direction of Young fringes.

【図7A】本発明においてヤング縞が偏向器12X及び
12Yにより偏向される様子を説明する説明図である。
FIG. 7A is an explanatory diagram for explaining how Young fringes are deflected by deflectors 12X and 12Y in the present invention.

【図7B】ヤング縞が時間間隔ΔTXYの間に移動する状
態を説明する説明図である。
FIG. 7B is an explanatory diagram illustrating a state in which Young fringes move during a time interval ΔT XY .

【図8】ヤング縞の縞間隔及び縞方向の演算方法を説明
する図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating a method of calculating a fringe interval and a fringe direction of Young fringes.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光学的変位量測定装置 2 He−Neレーザ装置 3 ハーフミラー 4 音響光学偏向器 6 光変調器 10 フーリエ変換レンズ 11 半波長板 12X 音響光学偏向器 12Y 音響光学偏向器 14 演算・制御装置 15 偏向器ドライバー 16 光変調器コントローラ 17 偏向器コントローラ 19 測定物体 1 Optical displacement amount measuring device 2 He-Ne laser device 3 Half mirror 4 Acousto-optical deflector 6 Optical modulator 10 Fourier transform lens 11 Half-wave plate 12X Acousto-optical deflector 12Y Acousto-optical deflector 14 Arithmetic / control device 15 Deflection Driver 16 Optical modulator controller 17 Deflector controller 19 Measuring object

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 測定対象へ光を照射するための光照射手
段と、この照射光に基づく測定対象からの反射光または
透過光を受光して該測定対象の像を所定の時間間隔で二
重記録し該測定対象の相対的変位を記録する記録手段
と、該記録手段にコヒーレント光を照射して記録された
像を読みだすための読みだし用コヒーレント光投光手段
と、該読み出した像を少なくとも互いに異なる二方向に
偏向する偏向手段と、該読み出した像をフーリエ変換す
るためのフーリエ変換手段と、該読みだした像の偏向に
よる該フーリエ変換像の変化状態を検出し該記録手段と
該光学的変位量測定装置との間の相対的変位量を求める
ための検出手段とを備えたことを特徴とする該光学的変
位量測定装置。
1. A light irradiating means for irradiating light to an object to be measured, and reflected light or transmitted light from the object to be measured based on the irradiation light is received to form an image of the object to be measured at predetermined time intervals. Recording means for recording and recording the relative displacement of the measurement object, reading coherent light projecting means for irradiating the recording means with coherent light to read the recorded image, and the read image Deflection means for deflecting at least two directions different from each other, Fourier transformation means for Fourier transforming the read-out image, change state of the Fourier-transformed image due to deflection of the read-out image, the recording means, and the recording means. An optical displacement amount measuring device, comprising: a detecting unit for obtaining a relative displacement amount with respect to the optical displacement amount measuring device.
【請求項2】 前記光照射手段がコヒーレント光を前記
測定対象へ照射して、該測定対象からの反射光または透
過光にスペックルパターンを形成させ、該スペックルパ
ターンを前記記録手段へ二重記録することを特徴とする
請求項1記載の光学的変位量測定装置。
2. The light irradiating unit irradiates the measurement target with coherent light to form a speckle pattern on reflected light or transmitted light from the measurement target, and the speckle pattern is duplicated on the recording unit. The optical displacement amount measuring device according to claim 1, wherein the optical displacement amount is recorded.
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